核電閘閥流固熱耦合數(shù)值模擬.pdf

1、本課題屬于江蘇省科技支撐計劃項目、江蘇省高校優(yōu)勢學(xué)科建設(shè)工程資助項目“核級全程監(jiān)控智能閘閥關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)”(項目編號:BE2010116)的研究內(nèi)容之一。
　　 核電閘閥是指在核電站中核島、常規(guī)島和電站輔助設(shè)施中使用的閘閥,是核電站系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備。傳統(tǒng)的物理樣機試驗、經(jīng)驗公式設(shè)計等方法不能滿足當(dāng)前市場對企業(yè)降低開發(fā)成本以及縮短開發(fā)設(shè)計周期的要求。隨著計算機輔助設(shè)計技術(shù)的快速發(fā)展,其應(yīng)用越來越普遍。它能顯著降低閘閥的生產(chǎn)成本、縮

2、短開發(fā)周期、優(yōu)化結(jié)構(gòu)性能、提高安全可靠性、增強企業(yè)的研發(fā)能力與競爭力。
　　 本文研究的主要工作及成果如下:
　　 1.閘閥主要零件的計算。根據(jù)閘閥的工作壓力和工作溫度,確定閘閥殼體的材質(zhì),根據(jù)壓力—溫度額定值標(biāo)準(zhǔn)確定所設(shè)計閘閥相應(yīng)的公稱壓力PN或公稱壓力級CLass,最后根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和參數(shù)要求設(shè)計出閘閥的主要零件。
　　 2.閥體結(jié)構(gòu)的靜應(yīng)力分析和優(yōu)化設(shè)計。利用ANSYS Workbench優(yōu)化設(shè)計模塊,建立閥

3、體的參數(shù)化模型。經(jīng)過對其劃分網(wǎng)格、施加約束與載荷后進行數(shù)值計算,研究閥體的變形及等效應(yīng)力的大小和分布情況。簡要介紹了結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法,選定設(shè)計變量、狀態(tài)變量及目標(biāo)函數(shù),對閥體結(jié)構(gòu)進行參數(shù)優(yōu)化設(shè)計,改善閥體的應(yīng)力分布,使其結(jié)構(gòu)更加合理。從應(yīng)力強度設(shè)計空間和靈敏度分析可以看出,在指定的設(shè)計變量中,D2的變化對閥體最大變形量、最大等效應(yīng)力及質(zhì)量的影響都比較大,D5的變化對最大等效應(yīng)力影響較大,D1的變化對質(zhì)量的影響較大。優(yōu)化后得到三種符合要求的方

4、案。
　　 3.閘閥的流固熱耦合計算。簡要介紹了流固熱耦合理論,闡述了流場及溫度場分析原理,確定了流固熱耦合中的數(shù)學(xué)方程、導(dǎo)熱和對流換熱的邊界條件。在綜合考慮各個因素和計算條件的限制下,對實體模型進行了合理的簡化,在ANSYS Workbench平臺上分別對閘閥開啟和關(guān)閉狀態(tài)下主要過流、承壓零部件進行分析,研究閘閥在工作狀態(tài)下的介質(zhì)流動狀態(tài)、溫度、變形及應(yīng)力分布情況,進一步地優(yōu)化閥門的結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明三種結(jié)構(gòu)的閘閥在工作狀態(tài)下均能