蒸汽管路及閥門應力特性仿真及數值模擬研究.pdf

1、蒸汽管道在工業(yè)領域應用普遍，是動力系統(tǒng)的重要組成部分，其運行過程中可能會在局部結構產生應力集中或破壞，因此其工作狀態(tài)下的穩(wěn)定性與安全性是研究熱點。本文針對蒸汽管路系統(tǒng)，利用CAESAR II軟件先對整個管路系統(tǒng)進行仿真，得到系統(tǒng)在不同工況下的整體應力情況；再利用軟件 Workbench對系統(tǒng)中局部管路元件如異徑管、T型三通管以及閥門進行流固耦合分析，通過加載水力、熱力、約束等邊界條件，得到管路局部元件和閥門的應力分布，并研究不同溫度、壓

2、力及結構對應力分布的影響。
　　根據某動力系統(tǒng)蒸汽管路，在CAESAR II中進行先幾何模型的建立，再加載邊界條件以及設置系統(tǒng)參數，然后進行靜力分析，得到管路系統(tǒng)各節(jié)點在持續(xù)荷載如內壓、自重和彈簧吊架作用下產生的一次應力校核結果、在溫度與約束作用下產生的二次應力校核結果，找到系統(tǒng)中的危險點；再在Workbench中進行管路元件及閥門的幾何模型的建立、網格劃分及采用Fluent軟件對流體域進行水力計算，再在靜力分析模塊中對固體域進行

3、靜力分析，得到異徑管、T型三通管和閥門在工作狀態(tài)下的應力分布計算結果。
　　計算表明，仿真得到蒸汽管路系統(tǒng)在工作狀態(tài)下易產生應力集中的位置為變徑處、T型三通管主、支管連接處、法蘭連接處以及約束處，并且產生應力集中主要因素是管路局部結構、空間布置及約束；數值模擬結果顯示，異徑管軸向及環(huán)向應力集中在大、小徑內、外壁處，其中軸向應力集中的原因是異徑管受溫度及內壓作用膨脹時受到約束及變徑處倒梯形結構特點在大、小徑處變形拉伸和擠壓，環(huán)向應力

4、集中原因是大、小徑處的“V”字型結構導致管壁受溫度及壓力荷載下產生變形，并且軸、環(huán)向應力均隨溫度上升而增大，而壓力的變化對應力影響不明顯，管型中219-380mm的異徑管由于其結構不連續(xù)性最明顯，應力值最值最大；T型三通管應力集中在主、支管連接相貫線相交處，并且采用第三強度理論和等效應力計算結果均隨溫度上升而增大，壓力變化同樣對其應力影響較??；閥門主要研究閘閥的軸向應力，應力集中位置在閘板與閥體下沿弧線的連接兩點附近處，閘板拉應力極值位