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微水节能热风阀阀板的温度场和热应力场的有限元分析

作　者: 李金海
导　师: 熊滨生；陈江义
学　校: 郑州大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 热风阀有限元温度场热应力
分类号: TK175
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 21次
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内容摘要

热风阀是热风炉系统中不可缺少的重要设备,热风阀设置在热风炉的热风出口处,起切换作用。随着高炉的热风温度不断提高,采用高压操作,热风阀的工作条件越来越严酷,热风阀在900～1350℃和0.5MPa左右压力的条件下工作,是阀门系统中工作条件最恶劣的设备。由于热风阀传热的多样性和结构的复杂性,使得国内生产厂家对热风阀的传热、热应力计算仅凭经验,片面地强调可靠性造成了冷却水量大、水速高、热量损失大、设备寿命低。而国外的热风阀和我国同类热风阀相比,耗水量小、热风热量损失小,但寿命长。针对国内热风阀存在的缺点,有必要对国内热风阀的温度场和热应力场进行分析。本文以某公司生产的DN1800微水节能热风阀为例,对热风阀的温度场和和热应力场进行了计算,从而为热风阀的设计和维护提供理论依据。采用ANSYS有限元软件,在计算中采用序贯耦合方法对温度场、热应力场进行求解。在建模过程中,对阀板的结构进行了必要的简化;在计算过程中,根据阀板工作的真实工况,并考虑材料参数的非线性,进行了温度场和热应力场分析。分析结果表明,阀板在开启和关闭的一个周期中,耐火材料表面的温差比较大,容易引起耐火材料的热疲劳;同时阀板外水环处的热应力值最大,是阀板中最薄弱的地方,随着使用时间的增加,外水环最容易产生裂纹,结果和现有的失效形式与失效区域相吻合,验证了模拟的正确性。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第1章绪论  7-14
  1.1 概述  7-9
  1.2 国内外热风阀的研究与发展状况  9-12
    1.2.1 国内研究与发展状况  9-11
    1.2.2 国外研究与发展状况  11-12
    1.2.3 热风阀损坏形式及原因  12
  1.3 论文研究的主要内容  12-13
  1.4 本章小结  13-14
第2章有限元方法简介和ANSYS简介  14-21
  2.1 有限元方法简介  14-16
    2.1.1 概述  14-15
    2.1.2 有限单元法的基本思想及特点简介  15-16
    2.1.3 构成有限元系统的基本元素及求解步骤  16
  2.2 ANSYS简介  16-20
    2.2.1 概述  16-18
    2.2.2 ANSYS建模技术简介  18-19
    2.2.3 ANSYS中的热分析功能  19
    2.2.4 ANSYS中的耦合分析  19-20
  2.3 本章小结  20-21
第3章热分析理论基础  21-31
  3.1 传热学理论  21-26
    3.1.1 基本传热方式  21-22
    3.1.2 傅里叶定律  22-23
    3.1.3 导热微分方程式及定解条件  23-25
    3.1.4 温度场在空间域上的离散化  25-26
  3.2 热弹性理论  26-30
    3.2.1 热弹性理论的基本方程  26-28
    3.2.2 边界条件  28
    3.2.3 轴对称热应力问题有限元法求解  28-30
  3.3 本章小结  30-31
第4章阀板的温度场分析  31-47
  4.1 几何模型和有限元模型  31-33
    4.1.1 几何模型  31-32
    4.1.2 材料参数  32
    4.1.3 有限元模型  32-33
  4.2 阀板载荷和边界条件的确定  33-35
  4.3 热风阀阀板的稳态温度场求解  35-37
  4.4 阀板的瞬态热分析  37-46
  4.5 本章小结  46-47
第5章阀板的热应力分析  47-54
  5.1 热应力分析的方法  47
  5.2 材料的特性参数  47-48
  5.3 热风阀材料的力学性质和强度准则  48-49
  5.4 阀板的热应力分析  49-53
    5.4.1 阀板在稳态条件下的热应力分析  49-50
    5.4.2 阀板在瞬态条件下的热应力分析  50-53
  5.5 本章小结  53-54
第6章结论和展望  54-56
参考文献  56-59
攻读硕士学位期间发表的学术论文  59-60
致谢  60

微水节能热风阀阀板的温度场和热应力场的有限元分析

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