ZDLP單座調(diào)節(jié)閥的流固耦合分析步驟

更新時(shí)間：2019-12-26

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　　ZDLP單座調(diào)節(jié)閥的流固耦合分析步驟

　　ZDLP單座調(diào)節(jié)閥在水利、電站、化工、石油、冶金等過程控制系統(tǒng)中起著重要作用，然而調(diào)節(jié)閥在某些工況下產(chǎn)生的振動(dòng)往往成為引起各種事故的主要原因，振動(dòng)嚴(yán)重時(shí)甚至影響系統(tǒng)安全平穩(wěn)地運(yùn)行。導(dǎo)致調(diào)節(jié)閥振動(dòng)的主要原因是閥體內(nèi)部流體流動(dòng)的不穩(wěn)定性，與流固耦合作用直接相關(guān)。

　　由于調(diào)節(jié)閥閥芯-閥桿系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程中的流體力Fl（t）無法用準(zhǔn)確的解析表達(dá)式表示出來，需要通過有限元流固耦合方法計(jì)算得到。采用ANSYS軟件中的CFD模塊對(duì)調(diào)節(jié)閥內(nèi)部流場進(jìn)行分析計(jì)算，首先建立內(nèi)部流場的幾何模型，然后對(duì)不同工況下的調(diào)節(jié)閥流場進(jìn)行計(jì)算，求得流體力。調(diào)節(jié)閥內(nèi)部流場幾何模型可以通過三維建模軟件來建立，計(jì)算流場時(shí)需要對(duì)ANSYS中的CFD模塊的流固耦合方法進(jìn)行改進(jìn)。

　　通過ANSYS軟件物理環(huán)境方法對(duì)閥芯-閥桿系統(tǒng)進(jìn)行流固耦合分析。閥芯-閥桿會(huì)在流體力作用下發(fā)生位移，位移的大小將改變閥芯移動(dòng)壁面邊界，從而顯著影響流場的形狀。流固耦合分析通過在結(jié)構(gòu)分析中得到閥芯移動(dòng)壁面位移，用于流場分析。具體流固耦合分析的典型步驟如下：

　　1.創(chuàng)建整個(gè)幾何模型：包括流體區(qū)域和調(diào)節(jié)閥閥體結(jié)構(gòu)區(qū)域。

　　2.創(chuàng)建流體物理環(huán)境：給流體區(qū)域賦予單元類型，還要確定迭代次數(shù)，激活湍流模型，施加邊界條件。

　　3.創(chuàng)建結(jié)構(gòu)物理環(huán)境：清除在流體物理環(huán)境中設(shè)定的信息，準(zhǔn)備定義結(jié)構(gòu)物理環(huán)境。轉(zhuǎn)換單元類型并設(shè)定單元選項(xiàng)，將流體區(qū)域單元設(shè)定為NULL，將結(jié)構(gòu)區(qū)域賦予單元類型，施加結(jié)構(gòu)邊界條件，定義合適的載荷步和求解選項(xiàng)，然后寫入結(jié)構(gòu)物理環(huán)境文件。

　　4.流體/結(jié)構(gòu)求解循環(huán)：在本系統(tǒng)中，入口的速度作為總體收斂的準(zhǔn)則。當(dāng)兩次Flotran求解的入口速度差值足夠小時(shí)，求解結(jié)束。初始Flotran分析設(shè)置的迭代次數(shù)應(yīng)當(dāng)多一些，以利于較好地收斂。隨后的流體分析由于是在前一次流體分析基礎(chǔ)上重啟動(dòng)，因此，迭代次數(shù)可以少一些。結(jié)構(gòu)分析同樣也需要重啟動(dòng)。對(duì)于非線性分析，節(jié)點(diǎn)必須在重啟動(dòng)以前恢復(fù)到初始位置。