閥門 仿真 ansys
關注創建者：王靖雯 創建時間：2023-03-07
閥門 仿真 ansys的視頻教程
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閥門 仿真 ansys的實例教程
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。研究結果為實時監測閥門附近流量的動態變化，進行工程現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;
熱力系統閥門內漏是目前我國火力發電廠普遍存在的重大節能問題，通常由于運動部件卡死、閥片變質、彈簧應力松弛等原因造成閥門損壞[1],防止閥門內漏是火力發電廠節能減排的重要舉措。閥門主要用于控制電廠鍋爐和電氣設備的流體介質的通路和斷路調節，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的流通，改變介質流動方向，調節介質的壓力和流量，保護管路和設備正常運行[2]。但是由于各種原因，閥門泄漏經常發生在火力發電廠當中，無論哪一個疏水閥門發生內漏，都會為電廠帶來超出想象的損害[3]。目前，電力、石化、制冷等企業檢測閥門內漏的方法主要依靠定期維修，對閥門進行拆卸、檢修和更換。經調查統計，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、石油化工企業維修更換費用的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]。針對現場使用的閥門監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。常毅君等[7]總結了閥門溫度變化智能監測的判斷依據，為電廠疏水管道的實時監測提供了新的方法。
展開 仿真過的閥門算例
圖1 程序流程圖
4 閥門生產線控制系統的仿真分析
4.1 構建控制系統數學模型
文章使用Matlab 8.0軟件進行閥門生產線控制系統的仿真分析，并利用該軟件內置的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，因此降低了開發難度；同時軟件會自動調整最大步長，以保證仿真精度，有利于提升仿真系統的響應速度[8]。基于Simulink工具箱的系統模型構建方式如下。
首先選擇用于構建數學模型的傳遞函數。對于閥門生產線來說，由于產品結構相對簡單、產品種類較為單一，因此可以選擇低階傳遞函數，在滿足加工精度和制造效率的前提下，降低模型的開發難度。文章選用的一階傳遞函數為
這里以伺服電機為例，結合其技術參數，其傳遞函數為
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。并且在發現偏差后，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[9]。以傳遞函數形式表示PID控制原理：
式中，G(s）為PID控制器的傳遞函數；K為比例系數，無量綱；T為積分時間常數；t為微分時間常數；s為PID控制器的響應時間；e為自然常數。將伺服電機的真實參數帶到數學模型中，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，自動得出系統的階躍響應曲線。伺服電機系統的仿真結構如圖2所示。
圖2 伺服電機系統的仿真結構圖
4.2 系統仿真結果
伺服電機系統的階躍響應曲線如圖3所示。
展開 主要內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實驗測得。鑒定工作分為兩個階段，閥門需要經受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，我們將考慮閥座內襯的應力狀態。
圖1 閥座內襯
根據計算結果可以預估閥座內襯開裂的風險，從而對閥門的內部密封性進行判斷。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，可以發現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（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)，閥座內襯達到正交應力(導致開裂的應力)的峰值。
展開 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的液壓庫創建
然后進入子模型模式，再進入參數設置模式
對于元件溢流閥來說， 雖然其參數全部保持默認， 但有幾個參數需要注意其默認值。第一個參數是 “ cracking pressure (spring pre- tension) "， 如本節前面敘述， 該值是減壓閥的調整壓力（即彈簧調整力）， 當超過該壓力時， 減壓閥開始起作用；
第二個參數是“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 內從 0bar 升高到 14har, 這樣減壓閥經歷從完全開啟→減壓調節→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 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
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形狀記憶合金（SMA）能夠在發生大變形后不產生殘余應變（偽彈性），并且可以通過溫度變化從大變形中恢復（形狀記憶效應）。偽彈性和形狀記憶效應使其特別適用于航空航天、生物醫學和結構工程等領域。本仿真模擬了將形狀記憶合金用作脊柱間隔器的過程。
目標
熟悉形狀記憶合金
理解考慮熱效應的形狀記憶合金建模流程
建模步驟
1. 在 ANSYS Workbench 中創建靜力結構系統
從智能手機的熱交互、緊湊外殼內的高功率電路板散熱，到極端天氣下的工業設備耐候性等復雜現實場景，通過熱仿真技術，工程師能夠精準預測設計在不同溫度場景下的行為，深刻理解熱能如何影響產品的效率、可靠性與安全性，從而在研發早期快速調整設計方案，實現產品的最佳性能表現。
Ansys應用類系列網絡研討會——熱仿真系列專題已上線，將重點介紹 Ansys 多款求解器矩陣在電子散熱、電熱耦合及復雜熱管理問題中的實際應用
<p><img src="https://img.jishulink.com/202605/imgs/5e1e1e2be4c642fab32c219dc0e0bfde"></p><p><strong>時間：</strong>2026年5月19日（周二），13:30-18:00</p><p><strong>地點：</strong>武漢</p><p><strong>費用：</strong>免費（報名需審核
<p>Ansys 持續幫助工程師更高效地解決復雜結構設計與可靠性挑戰，加速產品創新與研發迭代。在2026 R1 新版本中，結構系列產品在效率、精度與工程可信度方面進一步增強：Mechanical 帶來更高效的網格變形與 GPU 感知資源預測能力，LS-DYNA 強化電池熱仿真與多物理場分析，Motion 提升系統級動力學性能，而 Sherlock、Forming 等工具也在電子可靠性與成形分析領域實現全面升級
概述
液壓千斤頂利用液壓動力，以遠高于輸入力的力來舉升重物。本仿真使用流體靜壓單元對液壓千斤頂進行建模，并闡述體積模量的概念。實際應用中，液壓千斤頂通常使用油作為液體，油的高體積模量使得加載過程中液體體積幾乎保持不變。
目標
理解體積模量的影響
熟悉流體靜壓單元的使用
步驟
1. 打開 Ansys Workbench，創建一個"靜力結構"分析。檢查單位設置。
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時間：5月19日（星期二），16:00-17:00
內容簡介：
隨著電力設備向高容量、高可靠性發展，電弧仿真已成為設計與驗證階段的關鍵技術之一。本次線上研討會將聚焦
概述
流固耦合問題在工程應用中十分常見。其中一種情況是流體（或氣體）被封閉在固體內部，并承受各種載荷，例如輪胎、氣墊鞋和流體容器。靜水壓流體單元非常適合此類應用。本文介紹了對囊狀氣墊鞋的仿真模擬。鞋內空氣遵循理想氣體定律。這些靜水壓流體單元通過 ANSYS Mechanical 中的命令流進行定義。
目標
理解靜水壓流體單元建模的工作流程
熟悉理想氣體定律以及相應的流體體積與壓力之間的關系
樹脂轉注成型（Resin Transfer Molding，RTM）是一種先進的復合材料成型制程，通常透過將纖維布含浸樹脂來生產高性能復合材料零件。RTM能夠生產具備高質量、復雜幾何形狀，以及尺寸精度、機械性能良好且一致的零部件。
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時間：5月13日（星期三），16:00-17:00
內容簡介：
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