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(jì)劃項(xiàng)目、江蘇省高校優(yōu)勢(shì)學(xué)科建設(shè)工程資助項(xiàng)目“核級(jí)全程監(jiān)控智能閘閥關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)”(項(xiàng)目編號(hào):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(jī)試驗(yàn)、經(jīng)驗(yàn)公式設(shè)計(jì)等方法不能滿足當(dāng)前市場(chǎng)對(duì)企業(yè)降低開發(fā)成本以及縮短開發(fā)設(shè)計(jì)周期的要求。隨著計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)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(qiáng)企業(yè)的研發(fā)能力與競(jìng)爭(zhēng)力。
　　 本文研究的主要工作及成果如下:
　　 1.閘閥主要零件的計(jì)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(jì)閘閥相應(yīng)的公稱壓力PN或公稱壓力級(jí)CLass,最后根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和參數(shù)要求設(shè)計(jì)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(jì)。利用ANSYS Workbench優(yōu)化設(shè)計(jì)模塊,建立閥

3、體的參數(shù)化模型。經(jīng)過對(duì)其劃分網(wǎng)格、施加約束與載荷后進(jìn)行數(shù)值計(jì)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(jì)變量、狀態(tài)變量及目標(biāo)函數(shù),對(duì)閥體結(jié)構(gòu)進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì),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(qiáng)度設(shè)計(jì)空間和靈敏度分析可以看出,在指定的設(shè)計(jì)變量中,D2的變化對(duì)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(duì)最大等效應(yīng)力影響較大,D1的變化對(duì)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(jì)算。簡要介紹了流固熱耦合理論,闡述了流場(chǎng)及溫度場(chǎng)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(duì)流換熱的邊界條件。在綜合考慮各個(gè)因素和計(jì)算條件的限制下,對(duì)實(shí)體模型進(jìn)行了合理的簡化,在ANSYS Workbench平臺(tái)上分別對(duì)閘閥開啟和關(guān)閉狀態(tài)下主要過流、承壓零部件進(jìn)行分析,研究閘閥在工作狀態(tài)下的介質(zhì)流動(dòng)狀態(tài)、溫度、變形及應(yīng)力分布情況,進(jìn)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