CN111859824B - 一种稳压器泄压阀开启过程的流固耦合方法 - Google Patents

一种稳压器泄压阀开启过程的流固耦合方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111859824B
CN111859824B CN202010711148.1A CN202010711148A CN111859824B CN 111859824 B CN111859824 B CN 111859824B CN 202010711148 A CN202010711148 A CN 202010711148A CN 111859824 B CN111859824 B CN 111859824B
Authority
CN
China
Prior art keywords
fluid
pressure
relief valve
model
solid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010711148.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111859824A (zh
Inventor
王明军
王嘉诚
王莹杰
田文喜
秋穗正
苏光辉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xian Jiaotong University
Original Assignee
Xian Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian Jiaotong University filed Critical Xian Jiaotong University
Priority to CN202010711148.1A priority Critical patent/CN111859824B/zh
Publication of CN111859824A publication Critical patent/CN111859824A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111859824B publication Critical patent/CN111859824B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G06F30/28—Design optimisation, verification or simulation using fluid dynamics, e.g. using Navier-Stokes equations or computational fluid dynamics [CFD]
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G06F30/23—Design optimisation, verification or simulation using finite element methods [FEM] or finite difference methods [FDM]
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
    • G06F2119/14—Force analysis or force optimisation, e.g. static or dynamic forces

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Algebra (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Safety Valves (AREA)

Abstract

本发明公开了一种稳压器泄压阀开启过程的流固耦合方法，包括以下步骤：建立稳压器安全阀简化几何模型；分别对稳压器安全阀固体区域与流体区域分别进行网格划分，得到各部分的网格模型；通过用户自定义函数控制阀门受力状态由闭合转为开启状态；在稳压器泄压阀流体域网格模型范围内进行蒸汽流动特性计算，固体域网格模型范围内进行固体力学振动行为计算；通过流固耦合平台实现力学行为与网格位移的相同时间步长的双向耦合计算；采用流固耦合平台实现了稳压器泄压阀内部动态流场分析与固体区域力学行为分析。

Description

一种稳压器泄压阀开启过程的流固耦合方法
技术领域
本发明属于核反应堆热工水力计算技术领域，具体涉及到一种稳压器泄压阀开启过程的流固耦合方法。
背景技术
压水堆核动力装置一回路系统是一个封闭系统，当系统中的冷却剂发生温度变化致使容积波动时，会引起系统压力产生相应的变化，如果系统压力升高或超过设计压力，将导致设备超压而受到破坏。稳压器安全阀是一回路系统的重要设备，当系统压力升高的一定值后，稳压器安全阀开启对系统进行卸压，从而对系统进行超压保护。
稳压器泄压阀在开启过程时工质为高温高压气体，开启过程会产生剧烈震颤会对核动力系统的安全性与稳定性带来隐患。故而，使用全三维动态双向流固耦合方法是十分重要的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种稳压器泄压阀开启过程的流固耦合方法，该方法能够运用计算流体力学手段与有限元分析手段对稳压器泄压阀的动态开启过程进行全三维双向耦合计算。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种稳压器泄压阀开启过程的流固耦合方法，针对稳压器泄压阀开启过程的热工水力现象，由流体动力学计算程序、固体有限元分析程序和中间数据交换接口程序，通过流体和固体之间实时双向的数据传递，实现程序间的耦合；同时，在流体动力学程序中考虑阀门开启过程中的流体域的变化，使用用户自定义函数控制阀瓣受力过程状态方程实现动态开启状态，最终实现运动过程中的三维热工水力现象的双向流固耦合计算；包括如下步骤：
步骤1：根据实际物理意义，建立稳压器泄压阀简化三维几何模型，并划分泄压阀固体固定部分与运动部分，具体步骤如下：
步骤1-1：根据稳压器泄压阀零件图运用几何模型建立软件建立稳压器泄压阀简化三维几何模型，根据实际要求简化稳压器泄压阀三维几何模型，并根据其零件功能将零件分为固定部分与运动部分；
步骤1-2：将步骤1-1所建立稳压器泄压阀简化三维几何模型，导入几何建模软件中零件装配功能模块，装配为泄压阀关闭状态；
步骤2：将步骤1中得到的稳压器泄压阀简化三维几何模型，导入流体力学计算软件中的模型处理模块，跟据稳压器泄压阀固体域模型利用封闭流道的方法得到流体域模型，并进行网格划分，具体步骤如下：
步骤2-1：进行稳压器泄压阀流体域模型生成，将步骤1中的稳压器泄压阀简化三维几何模型导入流体力学计算软件中的模型处理软件，封闭稳压器泄压阀固体域模型出入口，利用布尔运算得到流体域模型；
步骤2-2：进行稳压器泄压阀流体域模型流域划分，将稳压器泄压阀固体域模型冻结，然后利用模型处理软件中模型划分功能，将流体域模型划分为多个部分，并重新生成流体域模型，并导入网格划分软件中；
步骤2-3：进行稳压器泄压阀流体域模型网格生成，具体运用网格划分软件在步骤2-2中重新生成的稳压器泄压阀流体域模型的基础上进行网格划分，得到稳压器泄压阀流体域网格模型；
步骤3：将步骤1中得到的稳压器泄压阀简化三维几何模型导入有限元计算软件中，利用网格生成模块生成稳压器泄压阀固体域网格模型；
步骤4：将步骤2-3中的稳压器泄压阀流体域网格模型导入流体力学软件中设置稳压器泄压阀流体域物理模型；
步骤5：将步骤3中的固体域网格模型导入有限元计算软件中设置稳压器泄压阀固体域物理模型与求解方式，进行固体物性、连接方式与运动参考坐标系、定义稳压器泄压阀部件的连接关系与分析步；
步骤6：在流体动力学计算软件中设置稳压器泄压阀开始过程参数、工作的边界条件以及初始条件，具体步骤如下：
步骤6-1：在流体动力学软件中稳压器泄压阀右侧设置为进口边界条件、左侧设置为出口边界条件与初始条件；
步骤6-2：在流体动力学软件中使用用户自定义函数控制稳压器泄压阀阀瓣受力开启状态，并使用区域重构法与弹簧光顺法重构流体区域，并将稳压器泄压阀边界设置为流固耦合区域，该区域使用区域重构法与弹簧光顺法实现动网格的重构；
步骤6-3：在流体动力学软件中设置稳压器泄压阀开启初始条件，准备计算；
步骤7：在有限元计算软件中设置稳压器泄压阀固体域模型初始条件、边界载荷与流固交界面，准备计算；
步骤8：在现有的多物理场耦合计算平台中设置计算版本以及耦合参数，具体步骤如下；
步骤8-1：在多物理场耦合平台下，设置流体动力学计算软件版本与有限元软件计算版本；
步骤8-2：在多物理场耦合耦合平台下，分别设置流体动力学软件与有限元计算软件中的流固耦合区域与耦合的物理量，分别为流体动力学软件中的网格受力状态与有限元计算软件的网格位移；
步骤9：在流固耦合平台下，稳压器泄压阀处于完全打开且稳压器泄压阀振动为周期性或无震动状态下，结束流固耦合计算。
本发明方法采用计算流体力学软件中的动网格方法与现有多物理场耦合平台实现全三维双向动态流固耦合分析，实现稳压器泄压阀在开启过程中的全三维受力分布与工质分布计算。和现有技术相比较，本发明具备如下优点：
1)能够针对稳压器泄压阀由关闭状态转换为开启状态过程中启闭零界点的动态模拟。
2)能够针对稳压器泄压阀动态开启过程中的三维热工水力现象的双向流固耦合计算。
3)该流固耦合方法能够考虑阀门在动态开启过程中的振动特性与工质的三维流动特性，可以给工程设计提供更准确的计算数据。
附图说明
图1为稳压器泄压阀结构示意图。
图2为稳压器泄压阀简化结构图与阀门开启过程示意图
图3为本发明流程图。
具体实施方式
以下结合图3所示流程图，以典型稳压器泄压阀动态开始过程为例，对本发明作进一步的详细描述，另外典型稳压器泄压阀结构如图1所示。稳压器泄压阀开启过程，如图2所示，黑色粗实线为稳压器泄压阀固体域、黑色细实线为稳压器泄压阀流体域，黑色细点画线为稳压器泄压阀固体域运动部分关闭状态，黑色粗点画线为稳压器泄压阀固体域运动部分开启状态。
本发明一种稳压器泄压阀开启过程的流固耦合方法，包括如下步骤：
步骤1：根据实际物理意义，建立稳压器泄压阀简化三维几何模型，并划分泄压阀固体固定部分与运动部分，具体步骤如下：
步骤1-1：根据稳压器泄压阀零件图运用几何模型建立软件建立稳压器泄压阀简化三维几何模型，根据实际要求简化稳压器泄压阀三维几何模型，并根据其零件功能将零件分为固定部分与运动部分；
步骤1-2：将步骤1-1所建立稳压器泄压阀简化三维几何模型，导入几何建模软件中零件装配功能模块，装配为泄压阀关闭状态；
步骤2：将步骤1中得到的稳压器泄压阀简化三维几何模型，导入流体力学计算软件中的模型处理模块，跟据稳压器泄压阀固体域模型利用封闭流道的方法得到流体域模型，并进行网格划分，具体步骤如下：
步骤2-1：进行稳压器泄压阀流体域模型生成，将步骤1中的稳压器泄压阀简化三维几何模型导入流体力学计算软件中的模型处理软件，封闭稳压器泄压阀固体域模型出入口，利用布尔运算得到流体域模型；
步骤2-2：进行稳压器泄压阀流体域模型流域划分，将稳压器泄压阀固体域模型冻结，然后利用模型处理软件中模型划分功能，将流体域模型划分为多个部分，并重新生成流体域模型，并导入网格划分软件中；
步骤2-3：进行稳压器泄压阀流体域模型网格生成，具体运用网格划分软件在步骤2-2中重新生成的稳压器泄压阀流体域模型的基础上进行网格划分，得到稳压器泄压阀流体域网格模型；
步骤3：将步骤1中得到的稳压器泄压阀简化三维几何模型导入有限元计算软件中，利用网格生成模块生成稳压器泄压阀固体域网格模型；
步骤4：将步骤2-3中的稳压器泄压阀流体域网格模型导入流体力学软件中设置稳压器泄压阀流体域物理模型；
步骤5：将步骤3中的固体域网格模型导入有限元计算软件中设置稳压器泄压阀固体域物理模型与求解方式，进行固体物性、连接方式与运动参考坐标系、定义稳压器泄压阀部件的连接关系与分析步；
步骤6：在流体动力学计算软件中设置稳压器泄压阀开始过程参数、工作的边界条件以及初始条件，具体步骤如下：
步骤6-1：在流体动力学软件中稳压器泄压阀右侧设置为进口边界条件、左侧设置为出口边界条件与初始条件；
步骤6-2：在流体动力学软件中使用用户自定义函数控制稳压器泄压阀阀瓣受力开启状态，并使用区域重构法与弹簧光顺法重构流体区域，并将稳压器泄压阀边界设置为流固耦合区域，该区域使用区域重构法与弹簧光顺法实现动网格的重构；
步骤6-3：在流体动力学软件中设置稳压器泄压阀开启初始条件，准备计算；
步骤7：在有限元计算软件中设置稳压器泄压阀固体域模型初始条件、边界载荷与流固交界面，准备计算；
步骤8：在现有的多物理场耦合计算平台中设置计算版本以及耦合参数，具体步骤如下；
步骤8-1：在多物理场耦合平台下，设置流体动力学计算软件版本与有限元软件计算版本；
步骤8-2：在多物理场耦合耦合平台下，分别设置流体动力学软件与有限元计算软件中的流固耦合区域与耦合的物理量，分别为流体动力学软件中的网格受力状态与有限元计算软件的网格位移；
步骤9：在流固耦合平台下，稳压器泄压阀处于完全打开且稳压器泄压阀振动为周期性或无震动状态下，结束流固耦合计算。

Claims (1)

1.一种稳压器泄压阀开启过程的流固耦合方法，其特征在于：针对稳压器泄压阀开启过程的热工水力现象，由流体动力学计算程序、固体有限元分析程序和中间数据交换接口程序，通过流体和固体之间实时双向的数据传递，实现程序间的耦合；同时，在流体动力学程序中考虑阀门开启过程中的流体域的变化，使用用户自定义函数控制阀瓣受力过程状态方程实现动态开启状态，最终实现运动过程中的三维热工水力现象的双向流固耦合计算；
包括如下步骤：
步骤1：根据实际物理意义，建立稳压器泄压阀简化三维几何模型，并划分泄压阀固体固定部分与运动部分，具体步骤如下：
步骤1-1：根据稳压器泄压阀零件图运用几何模型建立软件建立稳压器泄压阀简化三维几何模型，根据实际要求简化稳压器泄压阀三维几何模型，并根据其零件功能将零件分为固定部分与运动部分；
步骤1-2：将步骤1-1所建立稳压器泄压阀简化三维几何模型，导入几何建模软件中零件装配功能模块，装配为泄压阀关闭状态；
步骤2：将步骤1中得到的稳压器泄压阀简化三维几何模型，导入流体力学计算软件中的模型处理模块，根据稳压器泄压阀固体域模型利用封闭流道的方法得到流体域模型，并进行网格划分，具体步骤如下：
步骤2-1：进行稳压器泄压阀流体域模型生成，将步骤1中的稳压器泄压阀简化三维几何模型导入流体力学计算软件中的模型处理软件，封闭稳压器泄压阀固体域模型出入口，利用布尔运算得到流体域模型；
步骤2-2：进行稳压器泄压阀流体域模型流域划分，将稳压器泄压阀固体域模型冻结，然后利用模型处理软件中模型划分功能，将流体域模型划分为多个部分，并重新生成流体域模型，并导入网格划分软件中；
步骤2-3：进行稳压器泄压阀流体域模型网格生成，具体运用网格划分软件在步骤2-2中重新生成的稳压器泄压阀流体域模型的基础上进行网格划分，得到稳压器泄压阀流体域网格模型；
步骤3：将步骤1中得到的稳压器泄压阀简化三维几何模型导入有限元计算软件中，利用网格生成模块生成稳压器泄压阀固体域网格模型；
步骤4：将步骤2-3中的稳压器泄压阀流体域网格模型导入流体力学软件中设置稳压器泄压阀流体域物理模型；
步骤5：将步骤3中的固体域网格模型导入有限元计算软件中设置稳压器泄压阀固体域物理模型与求解方式，进行固体物性、连接方式与运动参考坐标系、定义稳压器泄压阀部件的连接关系与分析步骤；
步骤6：在流体动力学计算软件中设置稳压器泄压阀开始过程参数、工作的边界条件以及初始条件，具体步骤如下：
步骤6-1：在流体动力学软件中稳压器泄压阀右侧设置为进口边界条件、左侧设置为出口边界条件与初始条件；
步骤6-2：在流体动力学软件中使用用户自定义函数控制稳压器泄压阀阀瓣受力开启状态，并使用区域重构法与弹簧光顺法重构流体区域，并将稳压器泄压阀边界设置为流固耦合区域，该区域使用区域重构法与弹簧光顺法实现网格的重构；
步骤6-3：在流体动力学软件中设置稳压器泄压阀开启初始条件，准备计算；
步骤7：在有限元计算软件中设置稳压器泄压阀固体域模型初始条件、边界载荷与流固交界面，准备计算；
步骤8：在物理场耦合计算平台中设置计算版本以及耦合参数，具体步骤如下；
步骤8-1：在多物理场耦合平台下，设置流体动力学计算软件版本与有限元软件计算版本；
步骤8-2：在多物理场耦合平台下，分别设置流体动力学软件与有限元计算软件中的流固耦合区域与耦合的物理量，其中耦合的物理量包括流体动力学软件中的网格受力状态与有限元计算软件的网格位移；
步骤9：在流固耦合平台下，稳压器泄压阀处于完全打开且稳压器泄压阀振动为周期性或无震动状态下，结束流固耦合计算。
CN202010711148.1A 2020-07-22 2020-07-22 一种稳压器泄压阀开启过程的流固耦合方法 Active CN111859824B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010711148.1A CN111859824B (zh) 2020-07-22 2020-07-22 一种稳压器泄压阀开启过程的流固耦合方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010711148.1A CN111859824B (zh) 2020-07-22 2020-07-22 一种稳压器泄压阀开启过程的流固耦合方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111859824A CN111859824A (zh) 2020-10-30
CN111859824B true CN111859824B (zh) 2022-03-22

Family

ID=72949218

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010711148.1A Active CN111859824B (zh) 2020-07-22 2020-07-22 一种稳压器泄压阀开启过程的流固耦合方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111859824B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113450999B (zh) * 2021-07-09 2022-09-16 同济大学 基于薄弱点破坏的油浸式变压器泄爆的方法
CN114757123B (zh) * 2022-04-20 2023-06-20 西安交通大学 一种用于板形核燃料堆芯的跨维度流固耦合分析方法
CN114970389A (zh) * 2022-05-23 2022-08-30 北京科技大学 一种长水口浇注过程中多相流与振动的流固耦合方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109977475A (zh) * 2019-02-28 2019-07-05 浙江大学 一种用于三维复杂管路流固耦合计算的动网格更新方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007122269A (ja) * 2005-10-26 2007-05-17 Sony Corp 流体−構造体の連成数値シミュレーション方法及び流体−構造体の連成数値シミュレーション用記憶装置のプログラム
CN107895069B (zh) * 2017-10-30 2020-10-27 北京理工大学 一种基于复合材料结构的流固耦合数值预测方法
CN110348061A (zh) * 2019-06-14 2019-10-18 西南交通大学 一种高速受电弓的双向流固耦合三维数值模拟方法
CN110955991B (zh) * 2019-11-18 2023-03-21 华北水利水电大学 一种界面双向数据交换的流固耦合计算方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109977475A (zh) * 2019-02-28 2019-07-05 浙江大学 一种用于三维复杂管路流固耦合计算的动网格更新方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN111859824A (zh) 2020-10-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111859824B (zh) 一种稳压器泄压阀开启过程的流固耦合方法
CN103853052A (zh) 一种核电站反应堆控制系统的设计方法
CN112231990B (zh) 一种核动力系统一二回路耦合计算方法
CN102855347A (zh) 一种排气歧管热机械强度的有限元分析方法
CN104063552A (zh) 一种发动机排气歧管热应力分析及结构优化的方法
CN111881524A (zh) 一种阀门流量特性模拟实验方法
CN115685752B (zh) 一种基于模块化仿真平台的间冷燃气轮机模型建模方法
CN110032826B (zh) 一种联合Matlab与AMESim的间冷循环燃气轮机建模仿真方法
Wang et al. A prediction model based on artificial neural network for the temperature performance of a hydrodynamic retarder in constant-torque braking process
Qian et al. A parametric study on unbalanced moment of piston type valve core
CN107301268A (zh) 一种船舶燃气轮机可调静叶压气机偏转角度优化方法
Li et al. Dynamic temperature simulation of an accumulator in aircraft hydraulic systems
CN109783882A (zh) 一种联合matlab与flowmaster的燃气轮机燃油系统建模仿真方法
Cavallo et al. Transient simulations of valve motion in cryogenic systems
CN109002617B (zh) 一种考虑热辐射的发动机排气歧管的温度场分析方法
Halimi et al. Engineering of combined valve flow for power conversion system
CN112364552B (zh) 一种基于有限元的高压气缸动态热应力分析方法
CN115438551A (zh) 一种计算发动机燃烧室隔热效能的cfd-fem联合仿真方法
CN114201870B (zh) 用于分析核动力装置非能动特性的自适应多尺度耦合方法
Lin et al. Construction of methanol fuel supply simulation system
CN114329923B (zh) 基于自适应迭代步的自然循环系统特性多尺度模拟方法
Xiu-kun et al. Digital Twin Modeling and Flow Field Characteristics Analysis of Multi-Stage Pressure Reducing Regulating Valve Core
CN118520638A (zh) 一种气冷反应堆热工水力系统的全隐瞬态分析方法及系统
Chiodi Simulation of internal combustion engines
Ozana et al. Simulation of power plant superheater by Simulink S-functions

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant