核閥流體動力學及流固耦合有限元分析.pdf

1、碩士學位論文核閥流體動力學及流固耦合有限元分析FiniteelementAnalysisofFluidDynamicsandFluidstructureInteractioninNuclearValve學號：21005064完成日期：2013—05—02大連理工大學DalianUniversityofTechnology大連理工大學碩士學位論文摘要核電因高效、環(huán)保等優(yōu)勢越來越受多國青睞，但2011年日本福島的核泄漏事故又將核安全擺到重中

2、之重的位置。對于在核電設(shè)備中發(fā)揮重要作用的核電閥門，確保其設(shè)計方案的合理性和安全可靠性至關(guān)重要。然而，核電產(chǎn)品的試驗費用高昂，且閥體內(nèi)流體的壓力場、速度場等很難完全通過試驗獲得，此時數(shù)值模擬手段則可發(fā)揮重要作用。本文采用有限元分析方法，對核電用液壓閥和主蒸汽隔離閥的流體動力學相關(guān)參數(shù)以及流固耦合問題進行了計算和研究。為了檢驗核電用液壓閥設(shè)計方案中液壓缸結(jié)構(gòu)是否能滿足控制閥瓣動作相應(yīng)的要求，借助FLUENT軟件對液壓閥流道內(nèi)流體動力學進行

3、了研究，得到流道內(nèi)壓力場與速度場分布。其中得到的入口與出口壓差值與企業(yè)提供的實際工況下壓差相吻合，驗證了模型的可信度。結(jié)果表明：當液壓出口開肩時，液壓缸上端面壓力比下端大，推動閥瓣向下運動；當液壓出口關(guān)閉時，液壓缸上端面壓力比下端小，推動閥瓣向上運動，符合設(shè)計要求。為了檢驗核電用主蒸汽隔離閥阻斷過程中受高壓高速飽和蒸汽的沖擊影響，首先借助FLUENT軟件對主蒸汽隔離閥流道內(nèi)流體動力學進行計算。結(jié)果表明：入口通道內(nèi)流體壓力不受開度變化影響

4、，且無明顯壓差，數(shù)值較接近入口初始壓力值；出口通道內(nèi)流體壓力分布受開度影響較大，被閘板阻隔區(qū)域流體壓力值約為1個標準大氣壓，下端自由流出的流體壓力值可達35MPa。借助ANSYSWorkbench中的流固耦合模塊對主蒸汽隔離閥從開啟到關(guān)閉過程中五個關(guān)鍵開度下的流道內(nèi)流體動力學和結(jié)構(gòu)進行流固耦合有限元分析，將流體內(nèi)壓力分布作為結(jié)構(gòu)計算的載荷從而得到閥門幾個關(guān)鍵部件受流體沖擊后的變形和應(yīng)力分布情況。結(jié)果表明：閥體的變形主要集中在入口通道一側(cè)