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1. 研究目的与意义

球阀是本世纪50年代问世的一种阀门，在半个世纪的时间里，球阀己发展成为一种主要的阀类。

球阀流通能力大，流动阻力小，主要用于截断或接通介质，也可用于流体的调节与控制，球阀的可调比远大于相同通径的其他控制阀。

球阀的使用非常广泛，使用品种和数量仍在继续扩大，并向高温、高压、大口经、高密封性、长寿命、优良的调节性能以及一阀多功能方向发展，其可靠性及其他性能指标均达到较高水平，并已部分取代闸阀、截止阀、节流阀。

2. 国内外研究现状分析

国外对球阀的研究起步相对较早，研究技术比较先进，随着工业技术的发展，球阀的研究也同步进行。球阀的研究发展大致经历了三个阶段：一是从十九世纪八十年代到二十世纪的二十年代初期,美国开始在一般生活用管道上使用小口径球形旋塞,是球阀发展的初始阶段;二是本世纪二十年代到五十年代,1921年瑞士爱舍、魏斯(escher wyss)公司,提出了以摩擦面进行密封的研究课题,并生产了泵站用zm直径的球阀(与目前球阀有很大差别),但由于密封材料没有解决,球阀技术处于停滞不前的状态;三是从二十世纪五十年代到现在,由于塑料高分子材料作为密封面材料的出现,使球阀得到了迅速发展。随着研究发展的深入，计算流体力学得以发展起来，弥补了理论分析方法的不足。并相应形成了各种数值求解方法，主要是有限差分法和有限元法。对于具体问题进行数值求解成为研究流体流动的一个重要的研究方向和方法，其基础就是计算流体力学。计算流体力学的兴起促进了试验研究和理论分析方法的发展，为简化流动模型的建立提供了更多的依据。现在，计算机流体力学常用湍流模型对流体的流动进行数值模拟。例如 模型、dsm模型和asm模型，进行数值模拟更好地对流动模式进行了数值分析，给实际工程应用带来了很大的帮助。随着计算机技术的发展，相关计算机设计软件也得到发展。作为基于windows平台的cad／cae／cam／pdm桌面集成系统的核心软件，solidworks完整提供了球阀产品设计的解决方案。solidworks用户可以从非常广泛的范围内选择在球阀产品开发、加工制造以及数据分析管理的各个方面的软件。国外的研究学者在fluent环境下完成了大口径球阀内部流场的三维可视化数值模拟与研究，通过变工况获取相关计算结果，对大口径球阀两种典型形式（即全舱口球阀和特性化球阀）内部流场的涡流和压力分布情况、阀门前后压力降、阀门压头损失系数、阀门流量系数、阀门气穴指数等几个较为重要的阀门特性参数进行了比较与分析。最终以图表的形式对这些参数与阀门开度以及与雷诺数之间的变化规律做了说明并给出了相关结论。

国内对球阀的研究起步相对较晚，改革开放以来，我国阀门行业得到了快速发展，生产厂家迅速增加，球阀生产水平有了较大提高，球阀产量有了大幅度增加。但各类球阀的可靠性和配套能力与国际水平仍有较大的差距。为了能够设计制造出更加先进，更加精确的球阀，现在运用计算流体力学来在计算机上对于阀门的实际情况进行数值模拟，对流体通过球阀的流动状态，压力状态，速度状态等一系列情况进行数值仿真计算、测量所需要的参数、数据。再与试验条件下所完成具体试验测量计算相比较，通过对比计算数据与试验数据的比较来找出球阀设计上面的不足之处，从而使得球阀的设计更加的合理，更加的精确。

有限元仿真分析技术是近几年发展起来的、在工程上有着广泛应用的一种实用技术，可以模拟实际情况下的工作工程，建立适用的三维模型，通过分析数据与实际产品的性能相对比，为设计人员提供参考。运用有限元法分析球阀的密封比压，采用集三维模型建立和仿真分析于一身的aw有限元分析软件，达到快速求解分析球阀密封比压的目的。

3. 研究的基本内容与计划

研究内容：根据国家相关标准，运用solidworks进行三维建模，完成球阀的虚拟装配，并运用fluent软件进行球阀的流场分析，为球阀的优化设计提供参考。

时间安排：

1~2周(2.13~3.4)：调研、查阅文献资料；完成开题报告、英文翻译；

4. 研究创新点