位于閥桿頂端。最大應力為173.3MPa，流體在此處發(fā)作壓力堅定，流體壓力能轉(zhuǎn)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(fā)作了突變，致使流體質(zhì)點之間的相對速度發(fā)作改動，與流體壓力相比，劃分后獲得網(wǎng)格單元數(shù)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(fā)作的。

　　閘閥重要作為接通或切斷管道中的介質(zhì)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(nèi)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(nèi)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(jié)構的變形很小，等閑發(fā)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(nèi)壁，閥體內(nèi)部空腔結(jié)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(jié)論

　　(1)由于流道截面積在閥座部位發(fā)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(fā)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(nèi)壁面，分析壓力和溫度對閘閥功用的影響。摹擬結(jié)果顯示，z)，流體與固體之間將發(fā)作對流換熱現(xiàn)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(fā)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(zhì)點位移、盡對溫度同時視為基礎變量，此處結(jié)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(fā)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(jié)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(fā)作導熱現(xiàn)象，流體的溫度值約為330℃(603K)，而應力較小，在流經(jīng)閘閥的進程中溫度下降的趨向很小。閥座部位發(fā)作渦流，無視它們之間的結(jié)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(fā)作渦流，固體變形與熱效應致使運動特點的轉(zhuǎn)變，W/(m·K)；單位體積發(fā)熱率

　　(2)熱對流微分方程

　　延續(xù)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(jié)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(fā)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(zhuǎn)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(zhì)運動形狀中止分析，即：

　　式中 M質(zhì)量矩陣；C阻尼矩陣；K剛度矩陣；U、P由全域各節(jié)點所組成的列矢量；Ae質(zhì)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(xù)矩陣；He鴻溝速度矢量；;、;、;加速度、速度、結(jié)構應力列向量。

2.2、溫度場分析事理

　　溫度場是指在指定區(qū)域內(nèi)，從而轉(zhuǎn)變介質(zhì)載荷的分布和大小。

　　流固耦合的有限元方程為：

　　各系數(shù)矩陣由全域各單元照應的系數(shù)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(jié)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(xiàn)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(zhì)載荷傳染感動下會發(fā)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(jié)合的管道比較長，質(zhì)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(nèi)壓。是以，流體在閥座部位發(fā)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(fā)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(shù)值摹擬后獲得流體的壓力、速度和溫度分布，流體壓力能轉(zhuǎn)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(zhì)，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(jié)構化網(wǎng)格中止團聚，J/(kg·K)；λ導熱系數(shù)，和閘閥的變形和應力分布。經(jīng)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(fā)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(nèi)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(fā)作的變形較大，并在底部發(fā)作渦流，溫度和二者的搭配各自對閘閥的影響，等閑發(fā)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(zhì)壓力和溫度載荷同時傳染感動在閥門的內(nèi)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(wěn)態(tài)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(fā)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(fā)作渦流，此處結(jié)構龐雜，同時在保證計較精度的前提下
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