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1、标准分享网www.bzfxw.com免费下载—26— 阀 门 2009年第1期文章编号:100225855(2009)0120026204基于ANSYS的调节阀温度场分析与数值模拟112徐宏海,李玉洁,詹宁(11北方工业大学机电工程学院,北京100144;21北京埃科特机电技术有限公司,北京100037)摘要 基于ANSYS有限元分析软件,采用热流耦合与单独温度场两种分析方法,对调节阀的温度场进行分析。结果表明,采用热流耦合方法,可以提高温度分析精度,但计算过程复杂。通过对调节阀温度场的数值模拟,提出
2、了降低执行机构温度的有效途径。关键词 调节阀;ANSYS;热流耦合;温度场;数值模拟中图分类号:TH138.52 文献标识码:ATemperaturefieldanalysisofcontrolvalvebasedonANSYS112XUHong2hai,LIYu2jie,ZHANNing(1.CollegeofElectromechanicalEngineering,NorthUniversityofTechnology,Beijing100144,China;2.BeijingACTMachinery&ElectronicTechnologyComp
3、any,Beijing100037,China)Abstract:Thetemperaturefieldofcontrolvalveissimulatedandanalyzedbytwomethodsofheat-fluidcouplingandseparatetemperaturebasedonANSYS.Researchresultsindicatesthatheat-fluidcouplingmethodhashigheraccuracythanseparatetemperatureanalyzing,butit'scalculatingprocessi
4、sverycomplicated.Accordingtonumericalsimulationofcontrolvalve'stemperaturefield,someeffectiveapproachestoreducethetemperatureofactuatorareputforward.Keywords:ControlValve;ANSYS;Heat-FluidCoupling;TemperatureFlied;NumericalSimulation〔1〕1 引言分析。取微元体进行分析,热力学平衡方程为现代化工业技术的飞速发展使得高温流体管路55T5
5、5T55T5Tλ+λ+λ+qv=cρ系统的应用日益增加,从而拓宽了电动调节阀的应5x5x5y5y5z5z5t用领域。电动调节阀执行机构承受的温度有严格的(1)限制,过高的温度会严重影响执行机构控制精度和式中 c———比热,kJ/(kg·℃)3ρ———材料质量密度,kg/m使用寿命。因此,对调节阀温度场进行模拟分析,不仅可以确定阀体在高温条件下承受热载荷的能力,qv———内部热源(单位时间内单位体积释放的热量)而且可为分析执行机构内部温度分布状况提供参考λ———导热系数,W/(m·℃)依据。对于常物性、无热源、稳态温度场分析,式(1)2 温度场分析有限元理论基础
6、简化为调节阀在稳定热负荷状态下,流体介质流入和2225T5T5T流出的热量之差等于调节阀散出的热量。流体作为++=0(2)5x5y5z热源,与调节阀进行强迫对流换热,调节阀与大自然3 有限元模型建立中的空气形成了对流换热和辐射换热。调节阀内部311 三维几何模型传热遵循傅立叶定律,调节阀的热量主要来自流体,调节阀几何形状为结构对称,可取其一半进行因此调节阀温度场分析属于无内热源问题的稳定热建模分析。采用Pro/E与ANSYS共同建立调节阀作者简介:徐宏海(1967-),男,教授,研究方向:CAD/CAM、先进制造技术。标准分享网www.bzfxw.com免费下
7、载2009年第1期 阀 门 —27—三维模型(图1)。网格划分采用六面体和四面体相式中 n———换热表面的外法线结合的方式。把装配体看成一个整体,为提高结构h———换热系数,W/(m·℃)突变部分分析的精度,模型局部进行了细分和均匀TW———边界面温度,℃〔2〕过渡(图2)。Tf———流体温度,℃热流耦合特有的边界条件包括流体进出口压力、流体温度和壁面边界。由于流体和固体遵循不同的控制方程,所以固体和流体交换壁面上温度和〔3〕热流密度必须满足连续性边界条件,即Tsolid=Tfl
8、uid(4)5T5Tλfluid=λs
