液態(tài)流體彎管內(nèi)壓分析及變壁厚彎管熱推工藝研究.pdf

1、管道運(yùn)輸系統(tǒng)作為現(xiàn)代物流運(yùn)輸系統(tǒng)之一，廣泛應(yīng)用于動(dòng)力、石油、天然氣、化工等工業(yè)領(lǐng)域以及城市燃?xì)夂凸嵯到y(tǒng)中，是現(xiàn)代運(yùn)輸行業(yè)的重要組成部分。實(shí)際工程中，對于工作狀態(tài)下的液態(tài)流體輸送彎管存在以下問題:
　　1）從彎管內(nèi)部流體的流動(dòng)規(guī)律考慮:彎管內(nèi)壓分布不均，凸邊受沖擊壓力較大、凹邊壓力較小。
　　2）從加工工藝考慮:在加工過程中，由于彎管凸邊承受拉應(yīng)力而凹邊承受壓應(yīng)力，易形成彎管凸邊壁厚減薄、凹邊壁厚增大的工藝缺陷。由上述問題可

2、知:彎管高壓區(qū)管壁較薄而低壓區(qū)管壁較厚。因此，彎管在管道輸送網(wǎng)絡(luò)中相對薄弱，且由于年久失修等因素，導(dǎo)致管道缺陷問題更加突出，故管道失效事故頻發(fā)。尤其對壓力管道來說，其運(yùn)輸介質(zhì)多為高溫、高壓、易燃液體或氣體，一旦發(fā)生事故，就會(huì)造成重大經(jīng)濟(jì)損失及人員傷亡。
　　針對上述問題，本文以計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)為基礎(chǔ)，通過CFD軟件包(FLUENT)對多種工況下液態(tài)流體介質(zhì)在彎管的流動(dòng)情況進(jìn)行數(shù)值模擬，據(jù)彎管內(nèi)壁各質(zhì)點(diǎn)壓力值，通過數(shù)學(xué)擬合軟件1stO

3、pt得出彎管內(nèi)壓分布模型;結(jié)合塑性力學(xué)知識(shí)對彎管進(jìn)行受力分析，根據(jù)強(qiáng)度理論對彎管進(jìn)行壁厚設(shè)計(jì);針對不同形式的牛角芯棒，確定其尺寸并進(jìn)行三維設(shè)計(jì)，采用有限元軟件MSC對牛角芯棒熱推彎管的成形過程進(jìn)行有限元模擬，以得到變壁厚等強(qiáng)度彎管。主要研究內(nèi)容如下:
　　1)采用FLUENT軟件對不同工況下液態(tài)介質(zhì)流經(jīng)90°彎管時(shí)的流動(dòng)情況進(jìn)行數(shù)值模擬，分析彎管內(nèi)壓模擬結(jié)果并總結(jié)各參數(shù)（入口流速v，出口壓力P0，介質(zhì)密度ρ，彎管彎曲度k，軸向角度

4、α，環(huán)向角度β）對彎管內(nèi)壓的影響規(guī)律，結(jié)合彎管內(nèi)壁各質(zhì)點(diǎn)壓力值，利用1stOpt擬合出彎管內(nèi)壓分布模型。
　　2)據(jù)彎管內(nèi)壓分布模型，通過塑性力學(xué)分析并求解出內(nèi)壓作用下彎管的應(yīng)力(軸向應(yīng)力σz、環(huán)向σβ、徑向應(yīng)力σr)表達(dá)式，按照第三強(qiáng)度理論對彎管進(jìn)行壁厚設(shè)計(jì)。
　　3)通過建立牛角芯棒三維模型（單半徑橢圓截面牛角芯棒和以阿基米德螺旋線為中軸線的牛角芯棒）并選擇相應(yīng)的直管管坯尺寸，采用有限元軟件MSC.MARC分別對兩種芯棒