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液态流体弯管内压分析及变壁厚弯管热推工艺研究
| 论文题名： | 液态流体弯管内压分析及变壁厚弯管热推工艺研究 |
| 关键词： | 管道运输;液态流体弯管;内压分布;应力;变壁厚弯管;热推工艺 |
| 摘要： | 管道运输系统作为现代物流运输系统之一，广泛应用于动力、石油、天然气、化工等工业领域以及城市燃气和供热系统中，是现代运输行业的重要组成部分。实际工程中，对于工作状态下的液态流体输送弯管存在以下问题: 1）从弯管内部流体的流动规律考虑:弯管内压分布不均，凸边受冲击压力较大、凹边压力较小。 2）从加工工艺考虑:在加工过程中，由于弯管凸边承受拉应力而凹边承受压应力，易形成弯管凸边壁厚减薄、凹边壁厚增大的工艺缺陷。由上述问题可知:弯管高压区管壁较薄而低压区管壁较厚。因此，弯管在管道输送网络中相对薄弱，且由于年久失修等因素，导致管道缺陷问题更加突出，故管道失效事故频发。尤其对压力管道来说，其运输介质多为高温、高压、易燃液体或气体，一旦发生事故，就会造成重大经济损失及人员伤亡。 针对上述问题，本文以计算流体动力学为基础，通过CFD软件包(FLUENT)对多种工况下液态流体介质在弯管的流动情况进行数值模拟，据弯管内壁各质点压力值，通过数学拟合软件1stOpt得出弯管内压分布模型;结合塑性力学知识对弯管进行受力分析，根据强度理论对弯管进行壁厚设计;针对不同形式的牛角芯棒，确定其尺寸并进行三维设计，采用有限元软件MSC对牛角芯棒热推弯管的成形过程进行有限元模拟，以得到变壁厚等强度弯管。主要研究内容如下: 1)采用FLUENT软件对不同工况下液态介质流经90°弯管时的流动情况进行数值模拟，分析弯管内压模拟结果并总结各参数（入口流速v，出口压力P0，介质密度ρ，弯管弯曲度k，轴向角度α，环向角度β）对弯管内压的影响规律，结合弯管内壁各质点压力值，利用1stOpt拟合出弯管内压分布模型。 2)据弯管内压分布模型，通过塑性力学分析并求解出内压作用下弯管的应力(轴向应力σz、环向σβ、径向应力σr)表达式，按照第三强度理论对弯管进行壁厚设计。 3)通过建立牛角芯棒三维模型（单半径椭圆截面牛角芯棒和以阿基米德螺旋线为中轴线的牛角芯棒）并选择相应的直管管坯尺寸，采用有限元软件MSC.MARC分别对两种芯棒下的热推弯管加工工艺进行数值模拟，比较两种芯棒推制出的弯管壁厚分布规律，最终得出以阿基米德螺旋线为中轴线的牛角芯棒为最佳方案。 |
| 作者： | 朱红亮 |
| 专业： | 材料加工工程 |
| 导师： | 鹿晓阳 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 山东建筑大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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