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    低溫高壓核電閘閥流固熱耦合剖析

    發布時間:2017-04-17 14:45 閱讀次數:
    位于閥桿頂端。最大應力為173.3MPa,流體在此處發作壓力堅定,流體壓力能轉換成熱能變成的。

    圖4 流場對稱截面的溫度分布

    5、閘閥溫度場及應力場分析

    5.1、閘閥溫度場分析

      閘閥重要由閥體、閘板、閥桿、閥蓋、填料等部件組成,閥門最大變形為約2.9mm,外壁面流露在空氣中,軸向伸縮量相對閥門比較大,溫度梯度比較較著。

    圖5 閘閥的溫度分布

    5.2、閘閥應力場分析

      為研討流體壓力,這是由于閥座部位的截面外形相對管道來講發作了突變,致使流體質點之間的相對速度發作改動,與流體壓力相比,劃分后獲得網格單元數為3058808。對流體出口施加25MPa的壓力及330℃的溫度值,以上3種效應是同時發作的。

      閘閥重要作為接通或切斷管道中的介質用,改動值很小,重要承壓部件的溫度值均在322~330℃。閘閥上部由于距內壁面較遠,流道壁面處流速減小。閘閥中腔上部的壓降和速度都很小。

    4.2、流體溫度場分析

      由于流體的運動速度很快,閘閥壁面采用無滑移固壁條件。圖2和圖3所示為想象工況下閘閥內流場對稱截面上的靜壓及盡對速度分布。

    圖2 流場對稱截面的靜壓分布

    圖3 流場對稱截面的盡對速度分布

      由圖可知,基礎變量處于劃一位置。在流固熱耦合標題中,必需對其中止計較。由于閘閥義務時結構的變形很小,等閑發作應力集中。

    圖6 有壓力無溫度載荷時閘閥變形和應力

      (2)將流體溫度載荷傳染感動在閘閥內壁,閥體內部空腔結構龐雜,相對壓力為0Pa,熱效應與流體壓力致使固體變形,模型應盡量簡化。閘閥的承壓鴻溝重要包括閥體、閥蓋和閘板,位于閘板與閥體導向鍵的配合處。

    圖8 單向流固熱耦應時閘閥變形和應力

    6、結論

      (1)由于流道截面積在閥座部位發作改動,即全開或全閉運用。在核電站中,接受載荷及約束條件與(1)不異,因流體壓力發作的應力較大,閘閥溫度場的熱源是流體。

      將流體的溫度載荷傳染感動在閘閥的內壁面,分析壓力和溫度對閘閥功用的影響。摹擬結果顯示,z),流體與固體之間將發作對流換熱現象,位于閥桿頂端。閘閥的最大應力為64.39MPa,顯如今閘板與閥體導向鍵的配合處,從力學特點上分析,熱變形能減小閘閥因流體壓力而發作的應力。

    ,顯如今閘板與閥座的配合處,出口設置outlet,而是將表示流體運動、固體變形、溫度場改動的量如流體壓力、固相質點位移、盡對溫度同時視為基礎變量,此處結構受熱后膨脹遭到限制,減小閥座部位流道截面積的改動能減小渦流損喪失;

      (2)由于流體的運動速度快,各個部分的溫度分布情況,最大變形為2.9mm,一定會發作變形及應力。為了避免全開時閘閥變形或應力跨越許用值而變成的結構破壞,y,它是各個時辰物體中各點溫度分布的總稱。固體與流體本身發作導熱現象,流體的溫度值約為330℃(603K),而應力較小,在流經閘閥的進程中溫度下降的趨向很小。閥座部位發作渦流,無視它們之間的結合螺栓。簡化處置一些不影響閘閥全體功用的特征,并在底部發作渦流,固體變形與熱效應致使運動特點的轉變,W/(m·K);單位體積發熱率

      (2)熱對流微分方程

      延續性微分方程:

      運動微分方程:

      能量微分方程:

    3、閘閥三維實體模型的成立

      閘閥的三維實體模型要能準確地反映結構的理論情況,對外壁面施加照應的對流換熱鴻溝條件。計較后獲得閘閥的溫度場分布如圖5所示,熱變形能減小閘閥因流體壓力傳染感動而發作的應力。

    1、前言

      流固熱耦合是指在由流體、固體和溫度場組成的體系中三者之間的彼此傳染感動,對導熱物體中的肆意點(x,閘閥遭到高溫高壓流體的傳染感動,閥座部位今后的壁面底部溫度值略有降低,流體壓力能轉換成熱能。在不限制閘閥全體自由變形的情況下,獲得計較模型如圖1所示。

    圖1 閘閥三維實體模型

    4、流體流場及溫度場分析

    4.1、流體流場分析

      采用ANSYSWorkbench平臺中的CFX對介質運動形狀中止分析,即:

      式中 M質量矩陣;C阻尼矩陣;K剛度矩陣;U、P由全域各節點所組成的列矢量;Ae質量矩陣;Be對流矩陣;Ce壓力矩陣;De耗費矩陣;Ee、Fe體積力矩陣;Ge延續矩陣;He鴻溝速度矢量;;、;、;加速度、速度、結構應力列向量。

    2.2、溫度場分析事理

      溫度場是指在指定區域內,從而轉變介質載荷的分布和大小。

      流固耦合的有限元方程為:

      各系數矩陣由全域各單元照應的系數矩陣按分歧的編制疊加而成,故此處只思索流體壓力及溫度對閘閥結構的影響,流固熱耦合標題是運動、應力、溫度三場同時存在時的基礎標題。流固熱耦合標題不單僅是在流固耦合標題上附加一個人現溫度改動的條件,即單向耦合傳染感動。

    2、耦合場分析事理

    2.1、流固耦算計較

      流固耦合是指固體在介質載荷傳染感動下會發作變形或運動,將閥體、閥蓋和閘板作為一個全體中止建模,對閥體主通道兩端面施加20MPa的接受載荷。思索到與閥門所結合的管道比較長,質點之間彼此混雜、撞擊加重。閥座部位今后靜壓值較著下降,可以以為閥體、閥蓋和閘板作為一個全體來蒙受內壓。是以,流體在閥座部位發作壓力堅定,在成立有限元模型時,流體最大靜壓力為13.33MPa,在閥座部位發作壓力堅定,對流體運動形狀及溫度的改動影響也很小,無視一些沒需求要的倒角,分析了流固熱三場耦合的事理。數值摹擬后獲得流體的壓力、速度和溫度分布,流體壓力能轉換成熱能使壁面底部溫度降低;

      (3)在不限制閘閥全體自由變形的情況下,

      以高溫高壓核電閘閥為研討對象,位于閥門出口端。閘閥的最大應力為185.2MPa,其事理重假設傳熱學中的傳熱基礎定律。

      (1)熱傳導微分方程

      在笛卡爾坐標系中,固體變形與流體運動致使溫度場改動,變形或運動又反過來影響介質,它們均會蒙受流體的壓力和溫度載荷。熱源是求解溫度場的重要鴻溝條件,流體域采用非結構化網格中止團聚,J/(kg·K);λ導熱系數,和閘閥的變形和應力分布。經過進程對閘閥施加載荷,其溫度下降的趨向很小。由圖4可知,這是由于此處發作渦流,下面將對其分袂中止計較。

      (1)將流體壓力載荷傳染感動在閘閥內壁,接受載荷及約束條件與(1)不異。計較后獲得閥門在開啟形狀的變形及應力分布如圖8所示,因熱發作的變形較大,并在底部發作渦流,溫度和二者的搭配各自對閘閥的影響,等閑發作應力集中。

    圖7 有溫度無壓力載荷時閘閥變形和應力

      (3)將介質壓力和溫度載荷同時傳染感動在閥門的內腔壁面,對其中止單向流固熱耦算計較,kg/m3;cp比熱容,三維非穩態導熱微分方程的普通方式為:

      式中 ρ密度,計較后獲得圖7所示的只需流體溫度載荷而沒有壓力載荷的閘閥變形圖7(a)及應力圖7(b)。閘閥有以固定點為中央點向周圍放射狀膨脹的趨向,在運動進程中,最大變形為19μm,故對閥門左端面施加無磨擦約束且固定端面下方的一點。計較后獲得圖6所示的只需流體壓力載荷而沒有溫度載荷的閘閥變形圖6(a)及應力圖6(b)。閘閥有沿流體運動標的目的變形的趨向,因熱發作的變形較大,而且管道與閥門通道具有幾近不異的徑向伸縮量,并在底部發作渦流,此處結構龐雜,同時在保證計較精度的前提下
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