球阀有限元模型与热力耦合分析   升高车出租, 佛山升高车租赁, 佛山升高车出租  球阀有限元模型为对设计球阀在实际工况下的受力及变形进行模拟，本文参考设计标准（GB/T19672-2005）公称直径DN200、公称压力PN160的球阀为参考，依据阀门主要承载部件材料（15CrMo），按照温压等级转换成模拟工况10.8Mpa、450℃，进行计算与分析。在SolidWorks中建立球阀的总体装配模型，将所建模型导入有限元分析软件Workbench中进行模拟分析。由于装配体零件较多，考虑到分析几何形状和物理模型的对称性，实际计算与分析中仅需半个模型进行数值模拟。为了保证分析过程中计算的精确性与软件之间相互转化的准确性，在建立几何模型的过程中，对于连接部件、小型传动部件和弹簧等进行了缺省与质量补偿。为了便于载荷在球体外球面上的加载，在球体上绘制出球体与阀座之间的密封面。对球阀主要承载部件在SolidWorks里面进行三维建模，所建几何模型主要包括球体、阀体、阀盖、阀座、阀杆、支撑板、上轴套和止推轴承等。在SolidWorks里面分别建立球阀备用工况与操作工况下的三维实体模型。将SolidWorks里面所建三维模型保存为.x-t格式，导入ANSYSWorkbench里面建立球阀有限元模型。

     球阀应力场求解,  装配体受力分析电站球阀在实际使用的过程中的受力情况主要从两个方面考虑：一方面是由于不均匀的温度场所产生的热应力，且温度梯度越大，所产生的热应力就会越大；20另一方面主要是阀门内部介质的压力所产生的压力与阀门装配时的初始预紧力。阀门在装配时的初始预紧力主要有阀门两端法兰与管道用螺栓连接时受到连接螺栓的初始预紧力；阀门为了达到必须密封比压，阀座与阀盖处受到碟簧的初始预紧力；中法兰与端法兰连接处受到连接螺栓的初始预紧力。通过前面的计算，阀门在初始预紧力的作用下可以实现预期的密封效果，达到初始设计要求。然而这些力的计算都是按照温压等级将实际工况进行转换得出来的，当这些初始预紧力、结构自身重力和介质压力与热应力这些力共同作用时，阀门是否还能达到最初的设计要求，这些应力与热应力之间相互怎样影响，是无法通过传统的经验公式计算得到的。阀门在实际的工作过程中其受力情况是非常复杂的，在分析计算时，只能取其重、避其轻，即计算与施加主要的力，对于影响相对很小的力可以适当忽略。

     有限元模型加载及应力场求解电站球阀在备用工况和实际的工作过程中，阀门不仅受介质压力、螺栓及弹簧的反作用力，还有热应力与阀门自身重力的作用。但在计算阀门应力分布情况时，主要考虑两个方面的应力，即由温度梯度引起热应力和阀门内部流体压力所产生的应力。初始预紧力和阀门自身重力等结构力相对于介质力而言非常小，对于应力分布情况的影响相对很小。热弹性问题的求解可以用对应的应力函数的四阶偏导数方程来描述，即：E—弹性模量，Pa—热膨胀系数，K1;T—温度，K。将应力函数沿不同方向进行两次微分计算，就可以得到节点应力状态的全部分量，然后利用VonMises公式求得各节点上的等效应力，即：𝜎=√22×√(𝜎𝑥−𝜎𝑦)2−(𝜎𝑦−𝜎𝑧)2−(𝜎𝑧−𝜎𝑥)2+6(𝜏𝑥𝑦2+𝜏𝑦𝑧2+𝜏𝑧𝑥2) 𝜎𝑥—沿x轴方向应力分量，Pa；𝜎𝑦—沿y轴方向应力分量，Pa；𝜎𝑧—沿z轴方向应力分量，Pa；𝜏𝑥𝑦、𝜏𝑦𝑧、𝜏zx分别为三个方向的切应力。鉴于实际力学系统的复杂程度，要计算并准确地给定装配体连接件之间的力学边界条件是非常困难的。阀体与阀盖本身具有足够大的抗扭截面模量和抗弯截面模量，从而保证阀体与阀盖可以无变形地进行力和力矩的传递，这样我们就可以认为系统中所传递的力和力矩已经被与其连接的管道吸收掉。事实上，相对于流体温压载荷对阀门所施加的载荷而言，由系统传递作用在阀门上的平衡力所引起的阀门结构内附加应力是非常小的，因此可以忽略不计。在整个阀门装配体的应力分析时，可以做如下简化处理：（1）阀门内表面为流体压力加载面，外表面为自由面；（2）在集中应力加载过程中，只考虑初始密封所需要的预紧力，忽略一切摩擦力，且所加外力和为零（阀门静止）；（3）阀门自重相对于介质压力来说，对计算结果影响非常小，可忽略不计；（4）由于整体为对称性结构，将对称面的法向位移设定为零。根据以上相关简化及计算结果，在有限元分析软件静态结构分析模块添加球阀对应部件材料属性，加载约束条件、施加载荷进行应力场的求得到球阀等效应力与应变图。 依据钢制阀门主要承载部件材料的温压关系，对阀门在只受不同介质压力与初始预紧力作用下的等效应力与应变进行了分析，得出相应的应力与应变云图。并对不同介质压力下最大应力随介质压力的变化情况利用Matlab进行了统计分析，亦对最大应变随介质压力变化的趋势做了统计。 由上图曲线变化趋势可以看出，随着介质压力的增大，其最大应力与应变会越来越大，且最大应力小于材料的许用应力；但当介质压力增大到10.8MPa以后，最大等效应力与应变随介质压力变化的程度越来越小。高温高压球阀在实际操作工况下，介质压力一般大于10.8MPa，因此若不考虑温度对其材料属性的影响，介质压力与初始预紧力的变化对其应力与应变的影响程度非常小。

    升高车出租, 佛山升高车租赁, 佛山升高车出租 http://www.panyuludengchechuzu.com/

    球阀温度场的求解, 温度场计算基础热量的传递形式一般包括热传导、对流换热和辐射传热这三种传热方式。热传导指的是物体各部分之间没有相对位移或不同物体直接接触时依靠分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动而进行的热量传递的现象。热对流是指依靠流体的运动，把热量由一处传递到另一处的现象，流体与固体壁之间的换热称为对流换热；对流换热又分为自然对流换热和强制对流换热两种。自然对流换热是指不依靠泵或风机等外力推动，参与换热的流体由于各部分之间由于温度不均匀而形成密度差，从而在重力场和其它力场中产生浮升力所引起的自由对流换热现象；强制对流换热是指参与换热的流体受动力或者其它外部驱动时其与固体壁面之间的换热。热辐射是指依靠物体的表面来发射可见或不可见射线来传递热量的方式。传热系数是反映在热量传递的过程中，传热程度强弱的物理量纲，传热系数越大表征着传热过程越强，传热系数越小象征着传热过程越弱。传热系数的大小受参与传热的流体类别、流体的流速等诸多因素的影响。 从气体到气体（常压）10~30从气体到高压水蒸气或水10~100从油到水100~600从凝结有机物蒸气到水500~1000从水到水1000~2500从凝结水蒸气到水2000~6000像重力场、速度场等一样，物体中存在温度的场称为温度场，它是各个时刻物体里面各个点温度所组成的集合。一般来说，物体内的温度场是坐标与时间的函数，即𝑡=𝑓(𝑥,𝑦,𝑧,𝜏)（3.3）温度场可以分为两大类，一类是稳态工作条件下的温度场，这时候物体内各点的温度不随时间而变，称为稳态温度场或定常温度场；另一类是在工作的条件变动时的温度场，物体中温度的分布随时间而变化，例如热机（内燃机，蒸汽轮机，航空发动机等）的部件在启动、停机或者工况变动时出现的温度场，这种温度场称为非稳态温度场（非定常温度场）。对于非稳态三维导热的一般微分方程的形式为：ρc∂t∂τ=𝜕𝜕𝑥(𝜆𝜕𝑡𝜕𝑥)+𝜕𝜕𝑦(𝜆𝜕𝑡𝜕𝑦)+𝜕𝜕𝑧(𝜆𝜕𝑡𝜕𝑧)+𝛷̇  ρ—导热微元体的密度，㎏𝑚3⁄；c—导热物体比热容，𝐽⁄(㎏·𝐾)；𝛷̇—单位时间内单位体积中内热源的生成热，J;τ—时间，s；λ—导热系数，𝑊(𝑚·𝐾)⁄；∂t/∂x、∂t/∂y、∂t/∂z分别为物体温度沿着𝑥，𝑦、z方向的变化率。其中ρ、c、λ、𝛷̇均可以是变量。1）当导热系数为常数、稳态时，导热微分方程可简化为：𝜕2𝑡𝜕𝑥2+𝜕2𝑡𝜕𝑦2+𝜕2𝑡𝜕𝑧2+𝛷̇𝜆=0 上式也被称之为泊桑方程，它是常物性、稳态、三维且有内热源类问题的温度控制方程式。 2）当导热系数为常数、系统无内热源、稳态时，导热微分方程可以简化为如下的拉普拉斯方程：𝜕2𝑡𝜕𝑥2+𝜕2𝑡𝜕𝑦2+𝜕2𝑡𝜕𝑧2=0 对于三维导热问题在笛卡尔坐标系中的导热微分方程可表示为：ρc∂t∂τ=1𝑟𝜕𝜕𝑟(𝜆𝑟𝜕𝑡𝜕𝑟)+1𝑟2𝜕𝜕𝜑(𝜆𝜕𝑡𝜕𝜑)+𝜕𝜕𝑧(𝜆𝜕𝑡𝜕𝑧)+𝛷̇ 所有导热过程用数学表达式即导热微分方程来描述。求解热量传递过程的有关问题，本质上也就是对其数学表达式（导热微分方程）的求解。

     升高车出租, 佛山升高车租赁, 佛山升高车出租