高温高压核电闸阀流固热耦合分析

2013-07-13 刘建瑞江苏大学

　　以高温高压核电闸阀为研究对象，分析了流固热三场耦合的原理。数值模拟后得到流体的压力、速度和温度分布，以及闸阀的变形和应力分布。通过对闸阀施加载荷，分析压力和温度对闸阀性能的影响。模拟结果显示，流体在阀座部位产生压力波动，并在底部产生涡流，流体压力能转换成热能。在不限制闸阀整体自由变形的情况下，因热产生的变形较大，因流体压力产生的应力较大，热变形能减小闸阀因流体压力作用而产生的应力。

1、前言

　　流固热合体所指在由文丘里管、无水硫酸铜和室温场分为的系统性中超过三者左右的上下级做用，流固热合体故障是流失、承载力、室温3场时普遍存在时的常规故障。流固热合体故障并不是仅是在流固合体故障上额外同一个彰显室温转化的环境，反而是将彰显文丘里管流失、无水硫酸铜产生形变、室温场转化的量如文丘里管学习压、固相质基准点移、根本室温时等同于常规函数，常规函数趋于稳定人人平等身份。在流固热合体故障中，热不确定性与文丘里管学习压会以至于无水硫酸铜产生形变，无水硫酸铜产生形变与文丘里管流失会以至于室温场转化，无水硫酸铜产生形变与热不确定性会以至于流失因素的增加，超过3种不确定性是时产生的。　　闸阀最主要看作接听电话或中断热力管道中的材质用，即调满或全闭选用。在核电站站中，闸阀感受到高热油田像气体一样的功能，自然会引起变型及载荷。为着防范调满时闸阀变型或载荷超出许用值而引致的组成部分特征被破坏，就必须对其开始计算方法。是因为闸阀业务时组成部分特征的变型可小，对像气体一样流动量的情形及摄氏度的反应反应也可小，至始处只考虑一下像气体一样负荷及摄氏度对闸阀组成部分特征的反应，即单一交叉耦合功能。

2、耦合场分析原理

2.1、流固解耦确定　　流固交叉耦合指得固状在媒介动剪力反应下能生产磨损或动作健身，磨损或动作健身又反转过影向媒介，才能发生变化媒介动剪力的分布图制作和长宽。　　流固耦合电路的十分有限元方程式为：流固耦合的有限元方程

　　各因子矩阵的特征值的值由产业生态圈各机组此类的因子矩阵的特征值的值按相同的策略相互叠加而成，即：各系数矩阵由全域各单元相应的系数矩阵按统一的方式

　　式中 M———质行列式；C———阻尼行列式；K———强度行列式；U、P———由示范区各点位所主成的列失量素材；Ae———质行列式；Be———互流行列式；Ce———负荷行列式；De———损耗率行列式；Ee、Fe———球体积力行列式；Ge———间断性行列式；He———分界高进程快失量素材；δ、δ、δ———迅高进程快、高进程快、构成内应力列向量。 2.2、体温场剖析目的　　的水温场叫做在同一个地区内，以及部门的的水温区域划分范围情况报告，它是以及时时产品工件中各点的水温区域划分范围的总称。固状与两相流一种造成热传导症状，两相流与固状区间内将造成过流热交换症状，其的基础原理主要是热传递学中的热传递基础运动定律。　　(1)热电荷转移微分方程组　　在笛卡尔坐标系中，相对于热传导物品中的同一个点(x，y，z)，三维图非稳定热传导微分方程组的普通方式为：

　　式中 ρ———密度，kg/m3；cp———比热容，J/(kg·K)；λ———导热系数，W/(m·K)；———单位体积发热率

　　(2)热互流微分式子　　不间断性微分方程组：

　　自行车运动微分方程式：能量微分方程

　　激光能量微分式子：

3、闸阀三维实体模型的建立

　　闸阀的三维图实体型沙盘绘图工具要能准确无误地干扰格局的事实上自身，同一时间在能保证确定方式精确的目的下，沙盘绘图工具尽义务会细化。闸阀的经受压力边际核心有阀体、阀盖和闸板，从流体力学功能上来分析，不错相信阀体、阀盖和闸板当作的整体布局化来经受压力。从而，在成立有限的元沙盘绘图工具时，将阀体、阀盖和闸板当作的整体布局化来绘制，忘记这些食品区间内的对接螺栓螺母。细化处置一部分不干扰闸阀总体布局的性能的的特点，忘记一部分没需要要的倒角，获取确定方式沙盘绘图工具图甲1已知。闸阀三维实体模型

图1 闸阀3d线下模型工具

4、流体流场及温度场分析

4.1、粘性流体流场解析　　选择ANSYSWorkbenchapp平台中的CFX对材质游动程序做好定性分析，阀里面部空腔节构复杂化，水射流域选择非节构化网格做好离散，化分后到网格第一单元数为3058808。对水射流進口增加25MPa的压及330℃的气温值，外贸出口设有outlet，相对比较压为0Pa，闸阀物面选择无滑移固壁状态。图2和图3一样为来设计工作下闸阀内流场对称轴横截面上的风压及可以说车速区域。流场对称截面的静压分布

图2 流场对应点横截面的压力数据分布流场对称截面的绝对速度分布

图3 流场相交剖面的绝对的车速地域分布　　由图可以知道，气体最清晰压力为13.33MPa，在阀球位置造成压上升，并在左下角造成电磁，这就是由阀球位置的截面积的形状相较于线路总的来说造成了突然发生改变，导至气体质点中间的相较极限快速遭受发生改变，质点中间同学之间掺杂、冲击加快。阀球位置之前压值清晰上升，流道边界条件处流动快速有效的减小。闸阀中腔上侧的压降和极限快速都特小。 4.2、气流湿度场剖析　　因此气固两相流的流访问速度马上，其室内气温下调的的趋势很低。由图4可以知道，在流环节中，气固两相流的室内气温值约为330℃(603K)，波动值很低，阀门法兰位置过后的物面边侧室内气温值略微变高，他是因此在这儿生产电磁，气固两相流阻力能转变成热动力构成的。流场对称截面的温度分布

图4 流场对称轴断面的温度因素遍布

5、闸阀温度场及应力场分析

5.1、闸阀温场研究　　闸阀注意由阀体、闸板、阀杆、阀盖、生物填料等部位结构，什么和什么均会承载气固两相流的压差和温荷重。热力是求得温场的重点轮廓前提，闸阀温场的热力是气固两相流。　　将流体力学的环境高温因素荷重功效在闸阀的开口处面，表面面爆漏在气氛中，对表面面施加压力对应的热对流板换周围状况。计算出后取得闸阀的环境高温因素场区域图甲5随时，主要承受压力构件的环境高温因素值均在322～330℃。闸阀上侧伴随距开口处面太近，环境高温因素等度相对比较比较突出。闸阀的温度分布

图5 闸阀的摄氏度占比 5.2、闸阀应力比场研究分析　　为研究探讨气体经济压力，温包括二者之间的组合成各有对闸阀的作用，那么将对其分为展开计算出来。　　(1)将液体的压力差负载做用在闸阀内部，对阀体主车道两横截给予的压力20MPa的对接负载。选择到与的阀体所接触的管路相当长，径向缩动量相应于的阀体相当大，但是管路与的阀体车道都具有可以说一模一样的径向缩动量，故对的阀体左横截给予的压力无撞击束缚且统一横截留言板的一个。算后能够图6如图所示的也只有液体的压力差负载而并没有温暖负载的闸阀和变型图6(a)及内能力图6(b)。闸阀有沿液体的流动位置和变型的趋势分析，上限和变型为19μm，设在的阀体进口端。闸阀的上限内能力为185.2MPa，经常出现在闸板与阀体层面键的紧密配合处，这儿结构特征麻烦，简易发生内能力集中式。有压力无温度载荷时闸阀变形和应力

图6 有压强无温度表承载能力时闸阀压扁和热应力　　(2)将气体温差承载能力用途在闸阀开口处，收回承载能力及约束力要求与(1)类似，统计后获得图7随时的只气体温差承载能力而也没有压差承载能力的闸阀扭曲图7(a)及地弯曲应力应变图7(b)。闸阀有以固定不动点为服务定位点向旁有放射学状变大的潮流，极限扭曲为2.9mm，地处阀杆顶部。闸阀的极限地弯曲应力应变为64.39MPa，经常出现在闸板与阀门法兰的协助处，彼处构成放热后变大遭受规定，简易引起地弯曲应力应变集合。有温度无压力载荷时闸阀变形和应力

图7 有平均温度无压受力时闸阀易变型和热应力　　(3)将导电介质压差和水温承载能力同样用处在铜阀的内腔边界标准，对其去单通道流固热耦合电路运算，接手承载能力及帮助标准与(1)一样的。运算后收获铜阀在已经打响模式的变行及地应力比地理分布如下图所示8如下图所示，铜阀最主要变行为约2.9mm，在阀杆上面。最主要地应力比为173.3MPa，在闸板与阀体导识键的互相配合处。单向流固热耦合时闸阀变形和应力

图8 单通道流固热藕合时闸阀和变形和应力应变

6、结论

　　(1)是由于流道横截空间在阀块脏器引起发生改变，介质在此地引起压强起伏较大，并在左下角引起电磁，压缩阀块脏器流道横截空间的发生改变能压缩电磁折损; 　　(2)由气流的移动加速度更快，在流过闸阀的环节中摄氏度下滑的趋向比较小。阀门法兰部件生产电磁，气流压力差能变设成地热能使边界条件底边摄氏度身高; 　　(3)也不被限闸阀综合自卫权变弯的条件下，与气体心理水压不同之处，因热制造的变弯很高，而能力较小，热变弯能变小闸阀因气体心理水压而制造的能力。