高温高压核电闸阀流固热耦合分析

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1、16FLUIDMACHINERYVo1．40，No．3，2012文章编号：1005—0329(2012)03—0016一o5高温高压核电闸阀流固热耦合分析刘建瑞，李昌，刘亮亮，向宏杰，何小可(江苏大学，江苏镇江212013)摘要：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

2、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。关键词：闸阀；高温；高压；核电；流固热耦合中图分类号：TH134文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．1005—0329．2012．03．004Fluid-solid-heatCouplingAnalysisforHigh-temperatureandHi【gh-pressureNuclearPowerGateValveLIUJian—rui，LIChang，LIULiang—liang，XIA

3、NGHong~ie，HEXiao-ke(JiangsuUniversity，Zhe~iang212013，China)Abstract：Ahigh-temperatureandhigh—pressurenuclearpowergatevalvewasstudied，andthreefieldcouplingprincipleofflu—id-solid—heatwasanalysed．Distributionoffluidpressure，velocity，temperature，valvedeformati

4、onandstresswereobtainedbynumericalsimulation．Theeffectoffluidpressureandtemperatureuponthevalvewasanalysedbyloadedthemonit．Simulationresultsshowthatthepressureoffluidfluctuatesandedaycurrentgeneratesintheseatarea，thepressureenergyoffluidtrans-formsintoheate

5、nergy．Whenthewholefree-formdeformationofthevalveisunrestricted，heatgenerateslargerdeformationandfluidpressuregeneratesgreaterstress，thermaldeformationreducesthestressofthevalveunderfluidpressure．Keywords：gatevalve；high—temperature；hish—pressure；nuclearpower

6、；fluid-solid-heatcoupling1前言导致温度场变化，固体变形与热效应导致流动特性的改变，以上3种效应是同时发生的。流固热耦合是指在由流体、固体和温度场组闸阀主要作为接通或切断管道中的介质用，成的系统中三者之间的相互作用，流固热耦合问即全开或全闭使用-lJ。在核电站中，闸阀受到高题是流动、应力、温度三场同时存在时的基本问温高压流体的作用，必然会产生变形及应力J。题。流固热耦合问题不仅仅是在流固耦合问题上为了防止全开时闸阀变形或应力超过许用值而造附加一个体现温度变化的条件，而是将体现流体成的结

7、构破坏，必须对其进行计算。由于闸阀工流动、固体变形、温度场变化的量如流体压力、固作时结构的变形很小，对流体流动状态及温度的相质点位移、绝对温度同时视为基本变量，基本变量处于平等地位。在流固热耦合问题中，热效应变化影响也很小，故此处只考虑流体压力及温度与流体压力导致固体变形，固体变形与流体流动对闸阀结构的影响，即单向耦合作用。收稿日期：2011一o6—27基金项目：江苏省科技支撑计划项目(BE2010116)；江苏高校优势学科建设工程资助项目2012年第4o卷第3期流体机械17+啬(AOt)+(2)2耦合场分析

8、原理式中p——密度，kg／m2．1流固耦合计算cp——比热容，J／(kg。K)流固耦合是指固体在介质载荷作用下会产生A——导热系数，W／(m·K)变形或运动，变形或运动又反过来影响介质，从而——单位体积发热率改变介质载荷的分布和大小。(2)热对流微分方程流固耦合的有限元方程为：连续性微分方程：fAV★BUU七CP七DU=E+Fo(pw){GU=H(1)Ot+O++．：0(3)xOyOz、+C艿+K8