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、潤滑和石油等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛;例如高粘度樹脂材料注塑零件因為耐腐蝕耐高溫、絕緣、質(zhì)輕和低成本等諸多優(yōu)點,在多元化的制造業(yè)體系中使用率越來越高。然而,在利用真空注型機對高粘度流體進(jìn)行成型制造過程中,發(fā)現(xiàn)市場上現(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管道系統(tǒng)逐漸成為學(xué)者們的研究熱點。本文根據(jù)高粘度流體特性設(shè)計了一款截止閥,同時對截止閥以及其管路系統(tǒng)的模態(tài)特性進(jìn)行了研究。參考閥門設(shè)計手冊,對高粘度流體截止閥結(jié)構(gòu)進(jìn)行初步設(shè)計。通過建立三維模型,采用FLUENT軟件模擬研究的方式,以過流阻力為判斷依據(jù),對截止閥的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。同時搭建截止閥流量實驗臺,并通過相對應(yīng)的實驗測試驗證了數(shù)值模擬分析的正確性。為研究截止閥關(guān)閉過程中的流場分布情況,采用動網(wǎng)格技術(shù)與外部自定義函數(shù)(UDF)程序相配合的方式,來實現(xiàn)對截止閥內(nèi)流場的動態(tài)模擬,得出了多個減小截止閥過流阻力的結(jié)論,進(jìn)一步優(yōu)化截止閥的結(jié)構(gòu),提高過流性能,為高粘度流體閥門的設(shè)計與選型提供可靠的理論依據(jù)。在實際應(yīng)用過程中,截止閥在迅速關(guān)閉時會給閥門管道系統(tǒng)帶來類似水錘效應(yīng)的流固耦合作用,影響閥門管道系統(tǒng)的正常工作。本文吸取眾多管道流固耦合模型的優(yōu)點,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、有限元模擬和實驗測量三種方法進(jìn)行對比分析,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)的流固耦合作用過程。在此基礎(chǔ)上,采用ANSYS軟件模擬分析在閥門迅速關(guān)閉的作用下,不同管路結(jié)構(gòu)對閥門管道系統(tǒng)動態(tài)特性的影響。通過分析得出:閥門以不同運動方式關(guān)閉對系統(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;閥門管道系統(tǒng)的支撐位置應(yīng)該參考系統(tǒng)變形位置來設(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;改變管路的壁厚對系統(tǒng)固有頻率的影響較小,流固耦合效應(yīng)向減弱趨勢發(fā)展。
【學(xué)位單位】：西安理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：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。論研究早期計算機和儀器技術(shù)還不夠發(fā)達(dá)的階段，學(xué)者們對于截止閥的設(shè)計方法比較論研究為主。當(dāng)科學(xué)進(jìn)入井噴式發(fā)展時期，從理論上研究截止閥的有益成果更全面的發(fā)展趨勢，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)有閥門的特點后，提出了一種組合球閥，如圖 1-1 所具有流體阻力小、流動方向不受限制和開關(guān)快速的優(yōu)點，而且還具有閘閥開關(guān)止閥密封性能好的優(yōu)點。隨著經(jīng)濟技術(shù)的迭代發(fā)展，市場對截止閥的要求也有如閥門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，如易損壞和截流失效等，還可將手動執(zhí)行裝置改為機械的自動執(zhí)行遠(yuǎn)程操作。該設(shè)計很好地滿足了市場多元化的需求，也是行業(yè)的發(fā)展趨勢，場需求不斷倒逼行業(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。論研究早期計算機和儀器技術(shù)還不夠發(fā)達(dá)的階段，學(xué)者們對于截止閥的設(shè)計方法比較論研究為主。當(dāng)科學(xué)進(jìn)入井噴式發(fā)展時期，從理論上研究截止閥的有益成果更全面的發(fā)展趨勢，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)有閥門的特點后，提出了一種組合球閥，如圖 1-1 所具有流體阻力小、流動方向不受限制和開關(guān)快速的優(yōu)點，而且還具有閘閥開關(guān)止閥密封性能好的優(yōu)點。隨著經(jīng)濟技術(shù)的迭代發(fā)展，市場對截止閥的要求也有如閥門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，如易損壞和截流失效等，還可將手動執(zhí)行裝置改為機械的自動執(zhí)行遠(yuǎn)程操作。該設(shè)計很好地滿足了市場多元化的需求，也是行業(yè)的發(fā)展趨勢，場需求不斷倒逼行業(yè)創(chuàng)新的發(fā)展新模式。

路蘭卿等[13]再次對截止閥結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，如圖1-3 所示。其創(chuàng)新點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)計為一體式，簡化結(jié)構(gòu)同時避免泄露，提高截止閥壽命。同時，將閥蓋設(shè)計模塊化，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]針對某船用高壓截止閥泄露問題進(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，證明了這種技術(shù)的可靠性和準(zhǔn)確性。截止閥實際使用是檢驗截止閥設(shè)計和制造是否可靠的必經(jīng)環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)暴露出來的缺陷和問題反過來也是截止閥優(yōu)化再設(shè)計目標(biāo)的來源。例如截止閥中性點的設(shè)置問題，當(dāng)中性點設(shè)置太高會造成內(nèi)漏，中性點太低會造成截止閥開啟不完全。文獻(xiàn)[15，16]以不同型號的截止閥為例，通過分析故障原因和中性點作用機理，分別得出中性點位置調(diào)整的方法，為閥門的優(yōu)化設(shè)計和維修保養(yǎng)提供理論依據(jù)。
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本文編號：2867535