旋启式止回阀关闭过程瞬态流固耦合特性研究

某核电厂重要厂用水系统止回阀的内部流动特性不明,缺少相应的应力应变分析,同时也较难对其进行试验研究。为此,采用动网格方法,建立了流固耦合计算模型,并进行了仿真计算,对核电厂重要厂用水系统旋启式止回阀关闭过程的流固耦合特性进行了研究。首先,针对某核电厂止回阀原型,建立了阀门及水体模型,并进行了网格无关性验证,确定了其最终的计算模型;然后,使用profile编写了阀板运动控制规则,设置了动网格模型,利用ANSYS单向流固耦合方法,设置了其交界面与约束条件,对止回阀瞬态关闭过程进行了仿真计算;最后,对关阀过程中不同开度的流场速度压力分布和结构场应力变形变化进行了分析。研究结果表明：在止回阀的关闭过程中,阀内流场最大速度在关闭初期为17.87 m/s,并逐步降低至0 m/s;止回阀的最大等效应力和最大变形量分别出现在转轴与阀体连接处以及阀板的最下部,分别为1.547 4×10⁸ Pa和4.74 mm,并随开度减小而增大。依据计算结果得到了该止回阀关闭工况的流场变化与阀门应力、变形响应特性,提高了设备运行的可靠性,可以为设备的优化设计提供参考。     

基于动网格的轴流式止回阀关闭过程动态特性分析

针对液化天然气用轴流式止回阀使用过程中可能发生的水锤问题,利用FLUENT动网格方法对两种不同型号（优化前、后）的阀门内部动态流场及阀瓣运动状态进行研究,分析优化前、后的阀门在相同工况下的动态特性。结果表明：止回阀关闭瞬间,优化后阀瓣受力相比优化前降低了70 N,优化后阀瓣运动速度相比优化前减小了0.674 m/s,这样阀瓣对阀座的冲击力相对更小,有利于保证阀座的使用寿命,同时有利于减小碰撞过程对管路系统的影响;FLUENT动网格方法能够预测止回阀关闭过程中“快关缓闭”的阀瓣运动特征,同时模拟得到的阀瓣运动状态以及止回阀内部动态流场特征,对轴流式止回阀的设计及选型具有重要的参考价值。     

基于流固耦合法的往复压缩机吸气阀流场特性研究

往复压缩机吸气阀片的几何参数会影响进口流体通道的流动特性,为了将该过程可视化,本文针对某公司生产的往复压缩机,利用Solidworks建立气缸吸气通道与阀舌的三维模型,采用FLUENT软件在阀舌与流体通道交界面设置流固耦合面,并加载动网格选项进行压缩机吸气过程的瞬态动力学仿真.通过写入Profile对压缩机活塞运动方程...     

基于CFD的液压锥阀开启过程流固耦合分析

液压锥阀广泛应用于液压系统的流量、方向控制当中,其开启过程的性能尤为重要。基于动网格技术和流固耦合理论,建立了液压锥阀开启过程的三维流固耦合数值模型,基于该模型对液压锥阀在弹簧力及流体力作用下的开启过程进行了仿真。得到了液压锥阀阀芯的运动情况,对比了阀芯稳态位移仿真值和理论值,仿真值与理论值较吻合;在此基础上,得到了液压锥阀开启过程瞬时的流场、阀芯应力分布规律,并分析了阀芯所受应力集中区域应力数值随时间的变化情况,为液压锥阀的设计及优化提供了依据。     

安溢活门动态特性的流固耦合数值分析

采用流固耦合数值模拟技术研究安溢活门/气罐系统充放气动态特性。计算中所用流体控制方程为三维Euler方程,采用非结构网格有限体积格式求解;固体结构的运动方程由拉格朗日方程导出,采用纽马克方法求解。提出可变边条零厚度虚拟挡板技术,模拟主活塞由闭到开的瞬态过程。计算得到开阀和关阀过程中弹性元件的动态响应特性,结果表明,主膜片在行程上限和下限处均产生高频振荡运动,在开阀和关阀瞬间主膜片受到冲击载荷作用,并且关阀时载荷出现振荡。这种振荡冲击可能是导致活门鸣叫和膜片破坏的原因。     

水液压泵柱塞套变形特性的流固耦合研究

为实现水液压泵柱塞副的高效密封并自动补偿其磨损间隙,提出了一种柱塞副密封间隙自动补偿结构。通过流固耦合仿真技术研究了不同柱塞套厚度和环形槽宽度下柱塞套在内侧环形流体和外侧环形缝隙流体耦合作用下的变形特性。仿真结果表明,在相同的工作压力、流体域边界条件下,当环形槽宽不变时,随着工程塑料聚醚醚酮(PEEK)材质的柱塞套厚度的增大,柱塞套变形量逐渐减小;当柱塞套厚度不变时,柱塞套变形量随着环形槽宽的增大而增大。建立了柱塞副间隙自动补偿试验系统并进行了初步试验,试验结果和仿真结果基本一致。     

旋启式止回阀的流场分析及结构优化

利用Pro/E建立某型号旋启式止回阀的三维模型,将装配好的三维模型导入到ANSYS有限元分析软件中,建立结构静力学仿真分析有限元模型,分析该阀阀板在各个角度下的应力,变形结果;建立计算流阻系数的有限元模型,计算该止回阀在多种开度下的流阻系数;建立流固耦合分析有限元模型,并进行多开度工况下的流固耦合分析,得出阀板在各个开度的应力和位移值,得出该阀工作时阀板的平衡状态,从而形成旋启式止回阀对结构优化方案。     

流固耦合动态测试的研究

本文对流固耦合动态测试进行了深入地探讨,较好地解决了当前类似实验中较为困难的水下激振、拾振等问题。利用压电晶体片激振和拾振集于一身的特点,对结构进行了多点激振与拾振,一方面避免了测试中单点激振和拾振常出现的部分模态遗漏,另一方面对不同工况下各点间的相位进行测试,以期确定水上和水下同阶模态。本文对悬臂矩形板和循环对称结构进行了测试,结果表明,所设计的实验具有性能稳定、信噪比高、测试频带宽等优点。     

梭式止回阀关闭时的流场特性研究

为了研究梭式止回阀关闭时的流场特性,采用了数值仿真和对比的方法。利用ADINA软件,分别对DN100的梭式止回阀和旋启式止回阀进行流固耦合仿真计算,得出可视化结果,通过对比分析,验证了梭式止回阀在关闭过程中具有流速分布均匀,压力分布对称,流动状态稳定,阀芯受力均衡等优势,有利于其研究和推广。     

基于流固耦合的某大型柴油发电机组中冷管路可靠性研究

大型柴油发电机组运行时,柴油机中冷管路流体介质流量大、压力高,会对中冷管路产生较大冲刷压力,导致中冷管路发生振动及变形,进而影响管路的可靠性。本文以正常运行中出现变形故障的某中冷管路为研究对象,利用流固耦合数值分析方法确定了故障原因,并提出了在约束薄软点增加约束的措施,顺利解决了该故障,为类似故障的解决提供了参考方法。     

矿井排水用新型止回阀的流固耦合数值模拟研究

为了提高矿井水排放系统的安全运行和稳定工作,针对一种阀瓣与阀杆式止回阀,建立了流固耦合数学模型,通过ANSYS分析软件数值计算不同开度下的流阻系数、内部流场以及止回阀应力应变情况。结果表明:流阻系数随着相对开度的增大而递减,且变化趋势为先剧烈递减后较为平缓。随着相对开度的增加,平均压力快速地降低且在相对开度为50%以后逐渐趋于平稳,而平均速度在相对开度37.5%以后发生快速增加的趋势。经过止回阀后的流场平均压力始终保持稳定趋势,这说明本设计的止回阀对压力波动的控制具有明显的效果。阀瓣和阀杆的等效应力主要出现在阀瓣与阀杆的连接处以及阀杆与阀体的接触处,最大的变形量主要出现在阀瓣靠近止回阀出口处。在最大应力处进行加强处理避免应力集中,可以提高止回阀的使用寿命。     

球形止回阀的CFD分析

本文采用LG造型软件埘球形止回阀流通进行造型,再用Fluent软件对阀体内部流动进行数值模拟。经过对其压力和速度分布情况进行全面分析后,对其内部流道进行优化设计。结果表明,球形止回阀大大减少了阀体的水力损失,降低了在关阀过程中所产生的水击波,提高了止回阀的可靠性。     

超磁致伸缩泵悬臂梁阀流固耦合特性分析

提出了一种采用悬臂梁式吸排油阀的超磁致伸缩液压泵结构,针对泵用悬臂梁阀工作时的流固耦合特性,基于单自由度振动理论与流固耦合作用下阀片振动参数等效计算原则,对超磁致伸缩泵悬臂梁被动阀进行了线性化数学建模,并在MATLAB/Simulink环境下进行了仿真研究。为研究其非线性特性,基于流固耦合力学原理,建立了超磁致伸缩泵悬臂梁被动阀流固耦合数值模型,并利用Comsol-CFD对其工作特性进行了数值求解。然后依据求解结果进行了深入分析,得到了阀片主要参数对泵性能的影响规律,为超磁致伸缩泵悬臂梁被动阀的主要结构参数的设计与优化提供相关依据。最后,通过不同厚度悬臂梁阀片在流固耦合作用下开启位移的线性理论结果与非线性数值结果的对比完成了模型验证,实验测试了超磁致伸缩泵的流量特性与阻断压力特性,得到了该泵峰值驱动频率为300Hz左右。     

生物瓣膜流固耦合分析的PISO算法研究

应用任意拉格朗日欧拉法推导了生物瓣膜与血液的耦合方程,并借助压力隐式算子分割算法对血液的动量方程进行离散,得到耦合过程的速度迭代方程。根据Fluent中的压力隐式算子分割算法PISO(Pressure implicit with splitting of operators)对生物瓣膜模型进行动态力学分析,得到了生物瓣膜的变形情况。仿真分析结果显示生物瓣膜的变形主要发生在每片瓣叶的自由边,而腹部的变形较小,而且在瓣膜打开的过程中自由边会出现卷曲。对生物瓣膜使用同样的环境进行脉动流实验模拟,得到了相同的结果。仿真和实验结果证明,该方法可以用在生物瓣膜的流固耦合分析中,同时也为生物瓣膜的进一步优化提供了参考。     

射流放水阀动态关闭过程研究

射流放水阀是水电站和水坝放水系统中广泛应用的流量控制装置.目前关于射流放水阀的数值模拟均为静止状态下的流场分析,运动状态下的流场数值模拟还未见报道.本文采用温度体模型和重叠分区背景网格方法生成射流阀动态关闭过程中的计算域网格,首次采用数值模拟方式对其动态过程进行研究.数值模拟结果显示,射流阀流量与开度呈近似线性变化规律,但在大开度和小开度范围内,流量随开度的变化较为平缓.水流经阀针后发生分离,在其背部形成主流区、剪切层区和回流区.在阀针外缘处、阀壳喉部及阀针后侧的压力远远低于阀针头部及正面压力,将导致这些区域发生汽蚀.数值模拟结果与实验观测到的现象非常吻合.     

基于SolidWorks流固耦合对闸阀阀体结构分析和优化

对闸阀阀体结构强度进行分析,使用SolidWorws三维软件生成闸阀阀体的三维模型,运用Simulation模块直接对阀体进行结构分析,得出阀体的受力状态;再利用流固耦合的方法对阀体进行结构分析,分别对两种方法进行优化分析。结果表明,流固耦合方法的最大应力更小,优化裕量更大。     

基于流固耦合的可重构压窝冲孔机动态特性研究

提出了一种可重构的复合传动装置——可重构压窝冲孔机,解决了工件定位和成形元件的凹模及其支撑油缸位置因产品的变化而调整以适应不同规格轮辋的可重构特性的难题。在该装置有限元模型的基础上进行了流固耦合动力特性研究。在考虑压窝冲孔作业工况下对整个耦合系统动态特性进行了研究,为系统的动态性能优化提供了理论依据。     

超超临界机组自力式液动高加给水三通阀关闭瞬态动力学分析

建立了超超临界机组自力式液动高加给水三通阀关闭瞬态动力学方程式,并采用MATLAB编程求解了动力学微分方程式,计算得到了三通阀关闭速度、关闭时间等重要特征参数。计算表明液动阀在毫秒级的时间内完成从静止到加速过程,此后以恒定速度完成阀的关闭。液压缸在35MPa高压差的作用下,最大阀芯最大关闭速度约为0.9m/s;液压缸进出口管径的大小对阀关闭时间有着重要的影响,应在合理设计进出口管径基础之上再选择适当的调节阀,以便精确控制阀关闭时间。     

考虑流固耦合作用的超高速液体动静压轴承油膜特性研究

考虑润滑油的黏温效应对动静压滑动轴承的影响,建立超高速液体动静压滑动轴承的油膜-轴瓦流固耦合模型,采用计算流体动力学（CFD）方法求解连续性方程、能量方程和Navier-Stokes方程组得到动静压轴承油膜的压力场和温度场;采用双向流固耦合分析方法对动静压轴承进行计算,分析轴承弹性形变对油膜特性的影响。结果表明：动静压轴承的油膜压力和最大形变量均随着转速的升高以及供油压力的增加而增大;提高供油压力可以加剧润滑介质的流动,从而在一定程度上降低油膜温度;考虑流固耦合作用之后,动静压轴承的实际承载力和油膜压力均一定程度上减小。     

河道内构筑物承载的流固耦合研究

利用有限元软件ANSYS中的流体计算模块CFX和Workbench平台对受流体作用的河道内构筑物进行了流固耦合分析,显著减少使用以往理论公式带来的计算误差,精确、有效地对模型进行了仿真。通过CFX计算求得流体作用力,然后利用Workbench将其以插值方式传递到构筑物上进行固体分析计算,最后得到物体在流体作用下的变形和应力分布。分析了高雷诺数下,圆柱自由表面绕流模型作用在柱身上的流体作用大小和分布状态。结果表明:流体压力沿高度方向近似线性增长,沿圆柱截面方向先减小后增大。