ansys仿真閥門的案例
電廠閥門泄漏的計算流體力學仿真研究
摘 要：目前對電廠疏水管道閥門泄漏多采用基于傳熱原理的內(nèi)漏自動檢測計算方法，但是已有研究尚未對閥門泄漏時管道內(nèi)流體的流動和傳熱進行分析，且對溫度測點如何布置以及溫度測量的精度要求也缺乏研究。針對以上問題，采用計算流體力學仿真的方法，研究了閥門泄漏時管道內(nèi)傳熱和流動情況，分析了不同的管道直徑和保溫材料對所測溫差和泄漏量的影響。研究結果為實時監(jiān)測閥門附近流量的動態(tài)變化，進行工程現(xiàn)場診斷疏水閥門的泄漏故障提供了模型方法和參考。
關鍵詞：疏水;閥門;計算流體力學;Fluent軟件;
熱力系統(tǒng)閥門內(nèi)漏是目前我國火力發(fā)電廠普遍存在的重大節(jié)能問題，通常由于運動部件卡死、閥片變質(zhì)、彈簧應力松弛等原因造成閥門損壞[1],防止閥門內(nèi)漏是火力發(fā)電廠節(jié)能減排的重要舉措。閥門主要用于控制電廠鍋爐和電氣設備的流體介質(zhì)的通路和斷路調(diào)節(jié)，是電廠廣泛使用的熱力設備。閥門的基本功能是接通或者切斷管路介質(zhì)的流通，改變介質(zhì)流動方向，調(diào)節(jié)介質(zhì)的壓力和流量，保護管路和設備正常運行[2]。但是由于各種原因，閥門泄漏經(jīng)常發(fā)生在火力發(fā)電廠當中，無論哪一個疏水閥門發(fā)生內(nèi)漏，都會為電廠帶來超出想象的損害[3]。目前，電力、石化、制冷等企業(yè)檢測閥門內(nèi)漏的方法主要依靠定期維修，對閥門進行拆卸、檢修和更換。經(jīng)調(diào)查統(tǒng)計，超過50%的閥門并不需要進行拆卸修理，過度拆卸會浪費大量人力、物力和財力，閥門維修更換費用約占了電力企業(yè)、石油化工企業(yè)維修更換費用的15%[4]。當旁路閥門的泄漏量達到主蒸汽流量的2%時，將使供電煤耗上升4 g/(kW·h)[5]。針對現(xiàn)場使用的閥門監(jiān)測及檢修等易耗品不易購買的問題，陶長興等[6]提出基于CRIO的嵌入式閥門診斷系統(tǒng)。常毅君等[7]總結了閥門溫度變化智能監(jiān)測的判斷依據(jù)，為電廠疏水管道的實時監(jiān)測提供了新的方法。
展開 仿真過的閥門算例
仿真過的閥門算例
基于PLC的閥門生產(chǎn)線控制系統(tǒng)設計與仿真分析
圖1 程序流程圖
4 閥門生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的仿真分析
4.1 構建控制系統(tǒng)數(shù)學模型
文章使用Matlab 8.0軟件進行閥門生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的仿真分析，并利用該軟件內(nèi)置的Simulink工具箱進行編程。相比于其他的編程工具（如Java、C++等），Simulink可通過繪制方框圖代替編寫程序，因此降低了開發(fā)難度；同時軟件會自動調(diào)整最大步長，以保證仿真精度，有利于提升仿真系統(tǒng)的響應速度[8]。基于Simulink工具箱的系統(tǒng)模型構建方式如下。
首先選擇用于構建數(shù)學模型的傳遞函數(shù)。對于閥門生產(chǎn)線來說，由于產(chǎn)品結構相對簡單、產(chǎn)品種類較為單一，因此可以選擇低階傳遞函數(shù)，在滿足加工精度和制造效率的前提下，降低模型的開發(fā)難度。文章選用的一階傳遞函數(shù)為
這里以伺服電機為例，結合其技術參數(shù)，其傳遞函數(shù)為
其次是確定控制方式。文章選擇PID控制方式，控制器在接收輸入信號后，以比例形式反映偏差信號，保證了更加精確的識別偏差。并且在發(fā)現(xiàn)偏差后，分別通過積分處理（消除靜差）、微分處理（修正偏差），使被控對象的各個變量均在允許范圍內(nèi)[9]。以傳遞函數(shù)形式表示PID控制原理：
式中，G(s）為PID控制器的傳遞函數(shù)；K為比例系數(shù)，無量綱；T為積分時間常數(shù)；t為微分時間常數(shù)；s為PID控制器的響應時間；e為自然常數(shù)。將伺服電機的真實參數(shù)帶到數(shù)學模型中，并使用Simulink工具箱繪制運行程序，設定采樣頻率為1 200 Hz，施加幅值為1 r/min的階躍信號，自動得出系統(tǒng)的階躍響應曲線。伺服電機系統(tǒng)的仿真結構如圖2所示。
圖2 伺服電機系統(tǒng)的仿真結構圖
4.2 系統(tǒng)仿真結果
伺服電機系統(tǒng)的階躍響應曲線如圖3所示。
展開 【CAE案例】閥門冷熱沖擊的仿真模擬
主要內(nèi)容是通過仿真模擬來鑒定閥門等相關部件性能。在此之前，相關部件的性能鑒定都是由循環(huán)實驗測得。鑒定工作分為兩個階段，閥門需要經(jīng)受1000次開關操作與10次冷熱交替沖擊（在1秒左右，溫度變化為285℃/60℃）。在這些操作后，將檢查閥門的內(nèi)部密封性、外部密封性與可操作性。在仿真模擬中，我們只考慮冷熱沖擊對閥門密封性的影響，更具體而言，我們將考慮閥座內(nèi)襯的應力狀態(tài)。
圖1 閥座內(nèi)襯
根據(jù)計算結果可以預估閥座內(nèi)襯開裂的風險，從而對閥門的內(nèi)部密封性進行判斷。實際上，熱沖擊造成閥座的徑向開裂是閥門密封性喪失的主要原因。在本案例中，也將仿真結果與實驗結果進行了對比和討論。
02 仿真過程
首先使用通用CFD仿真和Syrthès進行3D耦合計算，得到了閥門內(nèi)的溫度場。模擬的閥門冷熱沖擊溫度變化如下圖所示，然后將所得到的溫度場投影到力學計算網(wǎng)格上。
圖2 閥門所受冷熱沖擊示意圖
之后會在通用結構仿真軟件中進行3D熱彈性計算，最后再對殘余應力進行計算。殘余應力的計算需要分為三部分：首先是非線性熱計算；之后進行冶金計算，以考慮溫度變化對材料熱學性能的影響；最后進行熱應力計算。由于閥座內(nèi)襯是鎢鉻鈷合金。這是一種鈷基材料，其在快速冷卻過程中的冶金轉變尚不清楚。因此，無法進行冶金計算。此外，由于閥門內(nèi)部的焊接過程是手工進行的，因此熱量的輸入實際上會較實際值偏小。
03 結果展示
閥門在受到熱沖擊0.1秒時的溫度場如圖3所示，可以發(fā)現(xiàn)閥門下游的加熱或冷卻比閥門其他部分更快。與裝有41個熱電偶的閥門受熱沖擊的實驗結果相比，總體結果除了最初的較短時間以外，偏差在可接受范圍內(nèi)（圖4）。
圖3 閥門在0.1秒時刻的溫度分布圖4 閥門熱沖擊后計算溫度與實驗溫度的差值
在進行熱彈性計算時，閥門在沖擊開始后約0.2秒(圖5)，閥座內(nèi)襯達到正交應力(導致開裂的應力)的峰值。
展開 
AMESIM液壓閥門：減壓閥仿真
減壓閥的流量壓力特性仿真
下面我們通過仿真實例來繪制減壓閥的流量壓力特性。首先進入草圖模式， 利用Amesim的液壓庫創(chuàng)建
然后進入子模型模式，再進入?yún)?shù)設置模式
對于元件溢流閥來說， 雖然其參數(shù)全部保持默認， 但有幾個參數(shù)需要注意其默認值。第一個參數(shù)是 “ cracking pressure (spring pre- tension) "， 如本節(jié)前面敘述， 該值是減壓閥的調(diào)整壓力（即彈簧調(diào)整力）， 當超過該壓力時， 減壓閥開始起作用；
第二個參數(shù)是“maximum pressure"，如前所述，當減壓閥的下游（出口）壓力超過該值時， 減壓閥完全關閉。
元件2壓力控制器 的 “ pressure at end of stage 1 " 的設置值為 14bar, 說明元件 2 的壓力變化為在 10s 內(nèi)從 0bar 升高到 14har, 這樣減壓閥經(jīng)歷從完全開啟→減壓調(diào)節(jié)→完全關閉這樣一個過程。
元件1的作用是為減壓閥提供上游（入口）壓力， 同樣從前面的減壓閥工作原理分析可知，減壓閥的入口壓力應該高于其最大壓力（即參數(shù) maximum pres-sure )，在本仿真實例中，該值設定為20bar。
進口壓力一個，出口壓力一個
參數(shù)設置完成后， 即可進入
仿真模式，運行仿真。
文章來源：COS先生說
展開 3維管道閥門仿真
用icem-cfd建完模型畫完網(wǎng)格，導入fluent，然后設置參數(shù)，其中設的流速入口，outflow出口，閥門和管道，都設為wall，求解器選擇k-e模型，然后迭代，但是無論怎么做連續(xù)方程的數(shù)字一直是在變大，然后就報錯停止計算，想問一下到底可能是哪里出的問題，希望大家?guī)兔鉀Q一下，謝謝。
是邊界設置的不恰當還是求解器不合適呢？
SOLIDWORKS Flow Simulation閥門內(nèi)流體仿真
導讀
閥門作為輸送系統(tǒng)中的控制設備其主要功能是接通管路中的流體介質(zhì),又或是調(diào)節(jié)流體的流量、壓力等，在閥門的設計中，流量系數(shù)Cv,Kv，以及流阻系數(shù)都是基本參數(shù)，本節(jié)將講解通過SOLIDWORKS Flow Simulation在三維模型獲取以上參數(shù)。
01
首先我們通過SOLIDWORKS把三維模型建立出來，就以(圖中)視頻中這個簡易閥門模型為例，我們保存好模型后點擊開啟Flow Simulation流體分析模塊，點擊帶有Flow Simulation的選項卡。
02
在流體分析界面通過向導快速完成，單位內(nèi)外流場選擇，分析類型，流體類型以及初始條件。
在左邊設計樹通過右鍵邊界條件，插入入口流速或者流量，還包括出口處與外界連接的環(huán)境壓力。
03
接下來就是設置如何輸出相關參數(shù)，先從國內(nèi)的流量系數(shù)Kv值開始，首先我們需要知道手工計算如何計算我們的Kv值，根據(jù)計算公式
其中Q是流量，ΔP是壓差，Υ為閥門流體相對于水的密度。
在設計樹目標這邊右鍵選擇表面目標選擇進出口，然后選擇輸出參數(shù)總壓，這個情況進出口的壓力值就能獲取到了。在全局目標處選擇密度。
04
接下來同樣右鍵目標選擇到方程目標，在方程目標界面輸入Kv的計算公式，其中流量，壓差這些數(shù)據(jù)可以選擇剛才設置的全局目標、表面目標以及邊界條件。
展開 基于AMESim仿真分析軟件的氣動閥門運動特性研究 AMESim氣動附軟件下載
圖11 速度局部放大
圖12 閥芯位移仿真與試驗對比
圖13 閥芯速度仿真與試驗對比
表1給出了B口不同壓力下閥桿最大速度和最大位移與試驗結果的比較。由表1可知，本文所建立的仿真模型具有較好的精度，表明模型正確、可靠。
表1 仿真結果與試驗結果的對比
由分析可知，閥門在工作過程中可能發(fā)生快速的碰撞，從而導致閥桿斷裂失效。因此，為減小撞擊速度，可以減小閥門強制氣限流孔通徑，增加彈簧剛度和預緊力，減小撞擊速度。
3 結 論
基于AMESim軟件仿真技術，確定了氣動閥門內(nèi)部閥桿和頂桿的運動規(guī)律，提出氣動閥門在運動中可能發(fā)生頂桿與閥桿的反向碰撞問題，并可能給頂桿或閥桿帶 來損傷。為確定仿真分析的正確性，采取了非接觸測量閥桿的運動速度，其結果與仿真結果基本一致。根據(jù)分析提出了加注閥存在的設計缺陷，并在試驗中得到驗 證，根據(jù)閥門內(nèi)部的運動規(guī)律分析，給出了降低閥桿運動速度的意見。在碰撞不能避免的情況下，可以通過更換不銹鋼或其他強度更高的材料來增強閥桿和頂桿的結 構強度。
展開 航天動力專輯丨針栓式閥門姿控系統(tǒng)內(nèi)流場特性仿真研究
上述仿真結果表明：高空與地面環(huán)境下，針栓閥門的推力隨開度的變化趨勢一致；地面環(huán)境推力明顯小于高空環(huán)境，常規(guī)噴管的結論也適用于針栓閥門；在達到穩(wěn)定值之前，隨著開度值增加，擴張比不斷減小，高空環(huán)境膨脹愈發(fā)充分，與地面環(huán)境的推力差值不斷增大。
03
結論
1）針栓頭部截面半角越大，達到最大推力所需的開度值越小，有利于節(jié)約空間，但對伺服機構的控制力和精度要求提高。推力最大值與針栓頭部的型面無關。
2）高空與地面環(huán)境下的針栓閥門推力隨開度變化曲線趨勢一致，常規(guī)噴管的相關結論也適用于描述針栓閥門的相關特性。
FLUENT動網(wǎng)格案例之五：動態(tài)鋪層算法實現(xiàn)閥門瞬態(tài)關閉的流固耦合動態(tài)仿真 ￥99
動態(tài)鋪層算法實現(xiàn)閥門瞬態(tài)關閉的流固耦合動態(tài)仿真
閥門瞬態(tài)關閉是典型的流固耦合問題，三維結構如下圖所示。左側的質(zhì)量入口，右側的壓力出口加上周圍的壁面，組成閥門的外部限制區(qū)域，閥體的運動完全由流體驅動。在這種情況下，閥門的瞬態(tài)關閉可以簡化為一種二維軸對稱幾何結構（見二維示意圖），由于物理上閥門不能完全關閉，在閥門和閥座之間需要保留一個小的間隙，恰好動網(wǎng)格算法上也要求至少保留一層來保持拓撲關系。
動網(wǎng)格
流固耦合UDF算法函數(shù)及數(shù)據(jù)讀寫函數(shù)
仿真計算結果
文件列表
展開 ANSYS ACP復合材料鋪層固定機翼蒙皮肋筋仿真，附講解視頻及模型文件 ￥98
概述
本指導文檔旨在幫助新手使用?ANSYS Composite PrepPost（ACP）模塊進行復合材料的分析。本教程以機翼蒙皮為案例，結合本教程，您將學習如何創(chuàng)建復合材料模型、定義材料屬性、設置鋪層、進行網(wǎng)格劃分、施加載荷和邊界條件，并最終求解和分析結果。
2. 操作流程
2.1 幾何處理
1. 幾何導入與處理：
o 在 SpaceClaim 或其他三維軟件（如CATIA、SolidWorks、Inventor等）中對幾何模型進行預處理，確保模型的完整性和準確性。
o 對于機翼蒙皮和肋板等復雜結構，需將蒙皮和肋板分割為獨立的面或體，以便后續(xù)定義接觸關系和鋪層順序。在接觸區(qū)域（如蒙皮與肋板的連接處），需進行精確的幾何分割，確保接觸面清晰且邊界明確。
o 為了便于共節(jié)點識別或接觸定義，可在接觸區(qū)域生成輔助線或面，確保網(wǎng)格劃分時節(jié)點對齊，避免因網(wǎng)格不匹配導致計算錯誤。
2.2 材料定義
1. 在左側Component Systems找到ACP模塊，拖拽到A模塊下Gometry下，這樣可以利用前面已有的模型。
2. 雙擊E模塊下的model，打開mechanical界面。
3. 在E模塊下雙擊Engenering Data，找到材料數(shù)據(jù)庫，對模型材料進行設置，添加碳纖維（Carbon Fiber 290）、環(huán)氧樹脂（Epoxy Carbon UD 230）和PVC Foa 60材料。
4. 定義材料的彈性模量、泊松比等屬性。
5. 回到mechanical界面，更新材料，確保材料屬性正確加載。
6.
展開 
ANSYS Workbench汽車防撞梁碰撞仿真，附講解視頻及模型文件 ￥88
ANSYS Workbench防撞梁碰撞仿真指導手冊
本案例文檔，適合本科畢業(yè)設計水平，具有極高參考價值，請合理使用文檔。涉及汽車防撞梁結構的幾何處理，模型建立，碰撞分析，結果處理等各個方面。設置方法程詳細，結果結果合理。相關復合材料鋪層均可使用該文檔方法設置完成。
附帶詳細講解視頻和案例模型
1. 概述
本手冊旨在指導用戶使用ANSYS Workbench進行防撞梁碰撞仿真分析。通過幾何處理、材料定義、網(wǎng)格劃分、接觸設置、邊界條件定義、計算參數(shù)配置及結果分析等步驟，完成從建模到仿真的全流程操作。本手冊適用于結構工程師、仿真分析師及相關技術人員。
2. 幾何處理
2.1 幾何導入
推薦使用SpaceClaim或DesignModeler (DM) 進行幾何前處理，二者在抽殼、幾何修復等操作中效率較高。也可選擇用其他三維CAD軟件（如SolidWorks、CATIA）導入幾何，但需確保導出格式兼容（如.stp、.igs）。
打開Workbench，進入Geometry模塊。右鍵點擊Import Geometry，選擇防撞梁模型文件（如.stp格式）。點擊Generate生成幾何體，雙擊進入該模塊，檢查模型完整性。也可以先打開該模塊，再導入幾何。
2.2 幾何簡化（抽殼）
防撞梁通常采用殼單元（Shell Element）簡化，以減少計算量。
操作步驟：在SpaceClaim/DM中選擇抽殼工具（Thin/Surface）。點擊目標面，設置厚度方向（例如3mm），生成殼模型。隱藏實體模型（快捷鍵F9），僅顯示殼結構。
幾何檢查：切換至線框模式（Wireframe），檢查自由邊（紅色顯示）。
展開 基于Adams與Ansys的噴漿機斷臂仿真分析 附ANSYS和ADAMS聯(lián)合仿真步驟--剛柔混合模型
后臂各鉸點x、y、z方向受力情況
基于Ansys的后臂有限元模型建模及仿真
1.基于HyperMesh有限元模型前處理
為了獲得精度較高的網(wǎng)格，也方便定義后臂材料屬性。本案例中使用HyperMesh對后臂幾何體進行網(wǎng)格劃分。
HyperMesh網(wǎng)格模型
為了方便在對應的鉸點上施加上面得到的Adams仿真分析得到的受力結果，在后臂的鉸座表面處均建立了點網(wǎng)格（MASS21）,并與鉸座表面節(jié)點建立起剛性連接。定義點網(wǎng)格質(zhì)量近似為0，這樣在點網(wǎng)格施加的力可以等效的傳遞到鉸座表面各節(jié)點處。
HyperMesh中建立的剛性連接
2.Ansys有限元模型
將HyperMesh建立的網(wǎng)格文件輸出為cdb格式并導入到Ansys中，在油缸鉸座位置設置約束，并在鉸點處分別添加x、y、z方向的作用力。（注意：此時坐標系需要與Adams中是否保持一致）
Ansys 仿真模型
進行上述設置后，進行慣性釋放（Inertia Relif）后進行求解，得到后臂應力仿真分析結果。
后臂應力仿真分析結果
后臂斷裂位置與有限元結果對比
通過對比該公司現(xiàn)場問題斷臂的位置和有限元仿真結果，后臂出現(xiàn)裂縫和斷開位置均位于后臂的T型角處，與仿真應力最大位置一致。
后臂斷裂位置與有限元結果對比
下載地址：ANSYS和ADAMS聯(lián)合仿真步驟--剛柔混合模型建立
展開 ANSYS SpaceClaim 仿真建模和CAE仿真、CFD仿真模型處理知識總結
SpaceClaim、Mindmaster相關課程如下：
ANSYS SpaceClaim 202【視頻】 - 技術鄰 https://www.yqgqt.org.cn/college/video/c15841
用思維導圖mindmaster去學習課程【視頻】 - 技術鄰 https://www.yqgqt.org.cn/college/video/c15809
stl、obj快速轉STP研習課程【視頻】 - 技術鄰 https://www.yqgqt.org.cn/college/video/c14526
展開 Ansys光學仿真 附ANSYS教程下載
眩光的種類及對危害
ANSYS SPEOS眩光分析
對待自然界中的眩光，通過在我們佩戴的眼鏡或太陽鏡鏡片上鍍防眩膜可有效規(guī)避一些眩光干擾。面對一些燈具帶來的眩光干擾，可以在前期燈具設計、燈具布局等方向有效規(guī)避眩光。
在工程領域，尤其是安全相關的駕駛領域，ANSYS SPEOS擁有完整還原光環(huán)境的能力，可以利用人類主觀的視覺感受作為評價，結合相關眩光標準進行評估，方便工程師實現(xiàn)多物理場及跨學科優(yōu)化設計方案。
核心優(yōu)勢一
ANSYS SPEOS光學仿真軟件通過CIE標準認證，采用統(tǒng)一眩光評價模型 UGR，對不舒適眩光進行分析評價，找出眩光產(chǎn)生原因，更改設計方案控制或消除眩光。軟件內(nèi)嵌眩光公式：
其中
Lb
是背景亮度、L指在觀察者眼睛方向的光源發(fā)光亮度、ω指眩光源相對于眼睛所張的立體角，p指眩光源偏離視線的程度。
核心優(yōu)勢二
ANSYS SPEOS實時預覽是用 GPU預覽實時查看結果，減少前期設置錯誤的產(chǎn)生，提高分析效率。
眩光模擬分析過程中，正式模擬前對搭建的模型進行提前預覽，這樣可提前了解模擬模型是否正確設置。比如光源的光色輸入是否符合要求，探測器的大小是否與模型相匹配等，也可預覽光環(huán)境的眩光效果，這樣可以縮短仿真分析時間，提高分析效率。
ANSYS SPEOS解決方案
汽車內(nèi)部眩光分析
汽車行駛安全一直是我們重點關注的問題，對汽車內(nèi)飾視覺環(huán)境下的眩光要求也越來越苛刻。
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