超（超）臨界火電機組閥門數(shù)值分析及性能優(yōu)化.pdf

1、掌握并擁有自主知識產權的高端火電機組閥門核心設計技術是保障國家能源安全的一個重要方面。本文以國家能源局超（超）臨界火電機組關鍵閥門國產化研宄課題為依托，采用理論分析、數(shù)值模擬、實驗驗證等方法對最小流量調節(jié)閥、高壓旁路調節(jié)閥、軸流式止回閥、自力式液動高加給水閥等不同結構的閥門進行了分析研究和優(yōu)化設計。本文的主要工作有：
　　1.按“簡單易行，適用性好”的原則比較了幾種常用的湍流模型及湍流近壁區(qū)的計算方法。將球閥、蝶閥、調節(jié)閥三種閥門

2、的流阻系數(shù)的實驗測試結果與數(shù)值計算結果進行了比對。結果表明，數(shù)值計算結果與實驗數(shù)據的誤差小于10％;Spalart-Allmaras模型、標準k-s模型、Realizablek-s模型三種模型中標準k-s模型的計算精度略高于其它兩種；利用量綱分析法導出了表征閥門結構復雜程度的無量綱數(shù)，利用它對活塞式最小流量調節(jié)閥的流量特性曲線進行了優(yōu)化，使最小流量調節(jié)閥調節(jié)性能由近似快開特性改變?yōu)榫€性。
　　2.針對水蒸汽節(jié)流過程中變溫效應可能會

3、增大閥體熱應力的問題。用數(shù)值模擬法對核電大縮徑比的主蒸汽管預熱閥進行了節(jié)流變溫效應分析。計算表明，在縮徑比為2.56的條件下，閥內蒸汽流速由入口的60m/s提高到160m/s;溫度由入口的360℃，降為351℃;壓力由入口的6.85MPa下降到6.55MPa。在節(jié)流與閥體散熱的雙重作用下，閥體內外壁產生了53℃的溫度差。研究還表明，隨著出口壓力的進一步降低，節(jié)流有可能導致水蒸汽進入濕蒸汽區(qū)，對閥門密封面產生沖蝕，引起閥門損壞。
　

4、　3.將Euler多相流模型及多孔介質模擬引入高壓旁路調節(jié)閥流場模擬中。獲得了高壓旁路調節(jié)閥內流場、溫度場、水\水蒸汽質量分數(shù)場、閥體溫度場等相關重要信息，研宄結果表明：在高壓差下，閥內平均流速為10?30m/s，其中最大流速80 m/s;蒸汽出口平均溫度為387℃，最低溫度出現(xiàn)在拉伐爾噴管處，約為197℃;閥體外表面無保溫層時閥體溫差大約為70℃。
　　4.將湍流轉捩模型引入軸流式止回閥的計算中。采用圓柱繞流及鈍體繞流兩個算例、

5、RNGk-s、轉捩SST、轉捩K-Kl-ra三種模型進行了檢驗性計算。結果表明，轉捩K-Kl-ra模型計算出的漩渦尺寸與實驗數(shù)據最為吻合；轉捩SST、轉捩K-Kl-ra兩種能正確識別層流到湍流的轉捩位置與長度；在標定的湍流模型的基礎上，利用轉捩K-Kl-ra模型對軸流式止回閥的線型進行了優(yōu)化設計，使流阻系數(shù)由1.84降為1.37。
　　5.將寬頻噪聲模型引入閥門氣動噪聲場的計算中。利用噴嘴產生的噴注噪聲的實驗結果檢驗了寬頻噪聲模型

6、的可靠性。計算表明，寬頻噪聲法可定性地用于
　　6.噪聲場分析優(yōu)化。利用寬頻噪聲法對軸流式止回閥的不同開度、不同線型進行了計算，結果表明，10%開度下噪聲達到78dB，隨著閥門的開啟，噪聲穩(wěn)定在60dB左右；流速是噪聲產生的最重要因素，但是閥內噪聲分布與速度分布并不對應，不能采用流場結果推測噪聲場。
　　6.針對自力式液動高加給水三通閥關閉速度過快會對閥座產生沖擊損壞，關閉過慢導致蒸汽泄漏引發(fā)事故的問題。建立了閥芯運動速度微