高粘度液體作為最常用的工業(yè)原料之一,在航空航天、化工、潤(rùn)滑和石油等領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛;例如高粘度樹(shù)脂材料注塑零件因?yàn)槟透g耐高溫、絕緣、質(zhì)輕和低成本等諸多優(yōu)點(diǎn),在多元化的制造業(yè)體系中使用率越來(lái)越高。然而,在利用真空注型機(jī)對(duì)高粘度流體進(jìn)行成型制造過(guò)程中,發(fā)現(xiàn)市場(chǎng)上現(xiàn)有截止閥的應(yīng)用效果很差。所以適用于高粘度流體的閥門(mén)管道系統(tǒng)逐漸成為學(xué)者們的研究熱點(diǎn)。本文根據(jù)高粘度流體特性設(shè)計(jì)了一款截止閥,同時(shí)對(duì)截止閥以及其管路系統(tǒng)的模態(tài)特性進(jìn)行了研究。參考閥門(mén)設(shè)計(jì)手冊(cè),對(duì)高粘度流體截止閥結(jié)構(gòu)進(jìn)行初步設(shè)計(jì)。通過(guò)建立三維模型,采用FLUENT軟件模擬研究的方式,以過(guò)流阻力為判斷依據(jù),對(duì)截止閥的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。同時(shí)搭建截止閥流量實(shí)驗(yàn)臺(tái),并通過(guò)相對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)測(cè)試驗(yàn)證了數(shù)值模擬分析的正確性。為研究截止閥關(guān)閉過(guò)程中的流場(chǎng)分布情況,采用動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)與外部自定義函數(shù)(UDF)程序相配合的方式,來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)截止閥內(nèi)流場(chǎng)的動(dòng)態(tài)模擬,得出了多個(gè)減小截止閥過(guò)流阻力的結(jié)論,進(jìn)一步優(yōu)化截止閥的結(jié)構(gòu),提高過(guò)流性能,為高粘度流體閥門(mén)的設(shè)計(jì)與選型提供可靠的理論依據(jù)。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中,截止閥在迅速關(guān)閉時(shí)會(huì)給閥門(mén)管道系統(tǒng)帶來(lái)類似水錘效應(yīng)的流固耦合作用,影響閥門(mén)管道系統(tǒng)的正常工作。本文吸取眾多管道流固耦合模型的優(yōu)點(diǎn),建立新的流固耦合數(shù)學(xué)模型;并以高粘度流體三維彎管為例,將數(shù)學(xué)模型、有限元模擬和實(shí)驗(yàn)測(cè)量三種方法進(jìn)行對(duì)比分析,從求解難度和操作靈活性以及成本等多方面因素分析,得出有限元分析法更有利于本課題研究用于高粘度流體的截止閥和管道系統(tǒng)的流固耦合作用過(guò)程。在此基礎(chǔ)上,采用ANSYS軟件模擬分析在閥門(mén)迅速關(guān)閉的作用下,不同管路結(jié)構(gòu)對(duì)閥門(mén)管道系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的影響。通過(guò)分析得出:閥門(mén)以不同運(yùn)動(dòng)方式關(guān)閉對(duì)系統(tǒng)工作穩(wěn)定性的影響明顯不同,且最有利于系統(tǒng)工作穩(wěn)定性的關(guān)閉方式為正弦加速度;閥門(mén)管道系統(tǒng)的支撐位置應(yīng)該參考系統(tǒng)變形位置來(lái)設(shè)置,不同支撐方式下系統(tǒng)固有頻率和變形的規(guī)律不同;改變管路的壁厚對(duì)系統(tǒng)固有頻率的影響較小,流固耦合效應(yīng)向減弱趨勢(shì)發(fā)展。
【學(xué)位單位】：西安理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TH134
【部分圖文】：

西安理工大學(xué)工程碩士專業(yè)學(xué)位論文勝枚舉，本節(jié)只選取部分進(jìn)行概括性論述。論研究早期計(jì)算機(jī)和儀器技術(shù)還不夠發(fā)達(dá)的階段，學(xué)者們對(duì)于截止閥的設(shè)計(jì)方法比較論研究為主。當(dāng)科學(xué)進(jìn)入井噴式發(fā)展時(shí)期，從理論上研究截止閥的有益成果更全面的發(fā)展趨勢(shì)，包含結(jié)構(gòu)創(chuàng)新與優(yōu)化、密封性能提升以及超高壓和超低溫的種類完善等等。97 年，王加新等[2]在研究現(xiàn)有閥門(mén)的特點(diǎn)后，提出了一種組合球閥，如圖 1-1 所具有流體阻力小、流動(dòng)方向不受限制和開(kāi)關(guān)快速的優(yōu)點(diǎn)，而且還具有閘閥開(kāi)關(guān)止閥密封性能好的優(yōu)點(diǎn)。隨著經(jīng)濟(jì)技術(shù)的迭代發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)截止閥的要求也有如閥門(mén)具備一閥多用的功能。2006 年，程艷等[3]提出一種節(jié)流/截止閥，可以流閥的缺點(diǎn)，如易損壞和截流失效等，還可將手動(dòng)執(zhí)行裝置改為機(jī)械的自動(dòng)執(zhí)行遠(yuǎn)程操作。該設(shè)計(jì)很好地滿足了市場(chǎng)多元化的需求，也是行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，場(chǎng)需求不斷倒逼行業(yè)創(chuàng)新的發(fā)展新模式。

西安理工大學(xué)工程碩士專業(yè)學(xué)位論文勝枚舉，本節(jié)只選取部分進(jìn)行概括性論述。論研究早期計(jì)算機(jī)和儀器技術(shù)還不夠發(fā)達(dá)的階段，學(xué)者們對(duì)于截止閥的設(shè)計(jì)方法比較論研究為主。當(dāng)科學(xué)進(jìn)入井噴式發(fā)展時(shí)期，從理論上研究截止閥的有益成果更全面的發(fā)展趨勢(shì)，包含結(jié)構(gòu)創(chuàng)新與優(yōu)化、密封性能提升以及超高壓和超低溫的種類完善等等。97 年，王加新等[2]在研究現(xiàn)有閥門(mén)的特點(diǎn)后，提出了一種組合球閥，如圖 1-1 所具有流體阻力小、流動(dòng)方向不受限制和開(kāi)關(guān)快速的優(yōu)點(diǎn)，而且還具有閘閥開(kāi)關(guān)止閥密封性能好的優(yōu)點(diǎn)。隨著經(jīng)濟(jì)技術(shù)的迭代發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)截止閥的要求也有如閥門(mén)具備一閥多用的功能。2006 年，程艷等[3]提出一種節(jié)流/截止閥，可以流閥的缺點(diǎn)，如易損壞和截流失效等，還可將手動(dòng)執(zhí)行裝置改為機(jī)械的自動(dòng)執(zhí)行遠(yuǎn)程操作。該設(shè)計(jì)很好地滿足了市場(chǎng)多元化的需求，也是行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，場(chǎng)需求不斷倒逼行業(yè)創(chuàng)新的發(fā)展新模式。

路蘭卿等[13]再次對(duì)截止閥結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，如圖1-3 所示。其創(chuàng)新點(diǎn)在于采用了真空夾層結(jié)構(gòu)，在閥桿的密封處選用了波紋管，將閥座和閥體設(shè)計(jì)為一體式，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)同時(shí)避免泄露，提高截止閥壽命。同時(shí)，將閥蓋設(shè)計(jì)模塊化，使局部組件可以從閥體中整體取出，方便了裝配以及閥內(nèi)組件的快速檢修和維護(hù)。2010 年，上海船舶設(shè)備研究所閆念華等[14]針對(duì)某船用高壓截止閥泄露問(wèn)題進(jìn)行研究，提出了一種新的截止閥用平面軟密封技術(shù)，如圖 1-4 所示。并在 40MPa 高壓空氣截止閥上進(jìn)行試驗(yàn)，證明了這種技術(shù)的可靠性和準(zhǔn)確性。截止閥實(shí)際使用是檢驗(yàn)截止閥設(shè)計(jì)和制造是否可靠的必經(jīng)環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)暴露出來(lái)的缺陷和問(wèn)題反過(guò)來(lái)也是截止閥優(yōu)化再設(shè)計(jì)目標(biāo)的來(lái)源。例如截止閥中性點(diǎn)的設(shè)置問(wèn)題，當(dāng)中性點(diǎn)設(shè)置太高會(huì)造成內(nèi)漏，中性點(diǎn)太低會(huì)造成截止閥開(kāi)啟不完全。文獻(xiàn)[15，16]以不同型號(hào)的截止閥為例，通過(guò)分析故障原因和中性點(diǎn)作用機(jī)理，分別得出中性點(diǎn)位置調(diào)整的方法，為閥門(mén)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和維修保養(yǎng)提供理論依據(jù)。
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本文編號(hào)：2867535