基于CFD的蝶阀结构优化与多场耦合分析

论文摘要

阀门作为工业发展中一个不可缺少的部分,已经成为衡量一个国家生产水平的标志,阀门产业的发展逐渐向着大容量、高参数、高要求、多效用以及自动化方向发展。传统的阀门设计方法已经不能促进阀门产业的快速发展,计算机辅助设计将成为阀门设计发展的必然。本文主要通过CFD相关理论,由介质对阀门的影响出发,使用流体分析软件Fluent、有限元分析软件ANSYS进行阀门的结构、强度等一系列分析,实现阀门设计的智能化。(1)首先通过已有阀门实验数据与仿真数据的对比,确定了一套适合连杆蝶阀分析的仿真模型,为本文后续分析提供了依据。(2)利用验证模型对该连杆蝶阀进行结构、强度和流态分析,获得大部分阀门的实验数据以及所需要的参数,根据所得的数据结果,提出了结构优化的方案,并提出阀门操作存在的弊端。(3)对阀门进行结构优化,建立优化后的连杆蝶阀模型,通过改进前后对比,发现改进后的蝶阀无论在功能上,还是在结构上都比原蝶阀要好,证明了通过流体分析对蝶阀进行的优化是合理的。(4)对连杆蝶阀进行多场耦合分析,提出了蝶阀研究的新方法,验证了改进后蝶阀在受到介质压力时变形量远远小于改进前模型。(5)对阀门的失效形式——汽蚀进行了深入研究,从产生根源,到发展过程,最终到其所造成的破坏等,都进行了详尽的分析,其中使用了数学模型、流体仿真等多种方法,给出了避免汽蚀的方法。本文从CFD入手,通过多种方法对阀门进行刚度、强度、流阻、流态等多方面的分析,解决了阀门实验的巨大耗资问题,并且深入研究了阀门的失效形式,使阀门设计从传统的经验设计过渡到现代的智能设计。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 国内外阀门生产现状
• 1.3 阀门在流体领域的研究
• 1.4 阀门在有限元技术领域的研究
• 1.5 本课题的提出
• 1.5.1 研究意义
• 1.5.2 课题来源
• 1.5.3 研究思路与研究方法
• 1.5.4 主要研究内容
• 第2章 蝶阀传统设计方法简介
• 2.1 蝶阀的结构
• 2.2 传统蝶阀设计过程
• 2.2.1 阀体厚度的计算
• 2.2.2 密封比压计算
• 2.2.3 蝶阀压力升值计算
• 2.2.4 蝶板中心处厚度
• 2.3 建立蝶阀模型
• 2.4 CFD介绍
• 2.4.1 求解器及计算模型的选择
• 2.4.2 标准k-ε方程介绍
• 2.5 本章小结
• 第3章 连杆蝶阀的流体分析
• 3.1 连杆蝶阀的流体分析模型
• 3.1.1 建立模型
• 3.1.2 理论分析
• 3.2 连杆蝶阀Fluent仿真
• 3.2.1 状态模拟
• 3.2.2 压力分析
• 3.2.3 流线分析
• 3.3 本章小结
• 第4章 连杆蝶阀结构优化分析
• 4.1 模型介绍
• 4.1.1 模型改进
• 4.1.2 参数设置
• 4.2 连杆蝶阀流场分析
• 4.2.1 结构分析
• 4.2.2 强度分析
• 4.3 连杆蝶阀多场耦合分析
• 4.3.1 耦合分析定义及其方法
• 4.3.2 流固耦合分析方法
• 4.3.3 多场仿真
• 4.4 本章小结
• 第5章 连杆蝶阀失效分析
• 5.1 汽蚀分析
• 5.1.1 气穴介绍
• 5.1.2 气穴产生条件和过程
• 5.1.3 气穴的计算
• 5.2 汽蚀流场分析
• 5.2.1 参数介绍
• 5.2.2 原模型仿真
• 5.2.3 改进后模型仿真
• 5.3 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢