AP1000核电主管道淬火过程温度场应力场的数值模拟

发布时间：2017-09-13 21:07

  本文关键词：AP1000核电主管道淬火过程温度场应力场的数值模拟

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【摘要】：AP1000核电主管道是核电站核岛中关键设备之一,需要拥有良好的机械性能和长久的使用寿命,以保证电站的正常运行。目前,对主管道大型锻件的淬火工艺主要依靠经验来制定。随着计算机技术的快速发展,计算机模拟开始运用在淬火过程中,模拟结果可以为实际使用情况提供参考。由于AP1000核电主管道不仅规格大且价格贵,为了了解其淬火过程,本文采用计算机模拟的方法进行研究。本论文将计算机模拟运用在淬火过程中,先研究加载主管道与淬火槽介质流场的关系,进而研究淬火过程中主管道的温度场、应力场和应变场的关系。根据实际淬火槽建立其介质流场有限元模型,利用流体力学模拟软件FLUENT对空载和加载后淬火槽内介质流场进行数值模拟,分析了不同进口流速下淬火槽内介质流场分布,以及分析了主管道置于槽内不同位置下介质流场的影响。根据模拟结果,得到主管道在槽内放置的位置和其内外壁流速的分布。结果表明:主管道在方式一下的有限元模型CHC1(位置尺寸为:L1(7.7m)、W1(3.5m)、H1(4.5m))更适合其淬火;随着淬火槽进口流速的增大,主管道内外壁流速也增加,但是淬火槽内介质流速相比于进口流速更加小。由淬火槽介质流场模拟结果,得到主管道内外壁流速。采用反传热法计算出不同进口流速下试样与介质之间的换热系数。利用有限元软件ANSYS建立淬火过程中主管道温度场、应力应变场数值模拟。分析数值模拟结果,可以预测现有工艺下主管道可能出现的问题。结果表明:随着进口流速的增大,主管道温度冷却的越快;对于主管道来说,管接口芯部温度下降的最慢。通过对比不同流速下主管道应力应变场的模拟结果可知,随着进口流速的增加,主管道受到的应力应变也越大;当进口流速为2.3m/s时,淬火结束后,主管道最大残余应力远低于316LN钢的屈服强度约在30Mpa;主管道出现最大变形区域在管接口与主管道相接处和管接口下段,其塑性应变量不超过0.0088。通过试样在淬火过程中温度变化的测量,验证了温度场的数值模拟。
【关键词】：数值模拟 主管道 流场 淬火过程 温度场 内应力场
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM623;TG156.3
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 绪论8-17
• 1.1 前言8-9
• 1.2 AP1000核电主管道9-10
• 1.3 淬火数值模拟的基本过程10-11
• 1.4 淬火数值模拟的研究11-14
• 1.4.1 介质流场数值模拟11-12
• 1.4.2 淬火过程温度场的模拟12-13
• 1.4.3 淬火过程应力场的模拟13
• 1.4.4 淬火过程组织场的模拟13-14
• 1.5 国内外淬火模拟概述14-15
• 1.6 数值模拟难点15
• 1.7 本文的主要研究工作15-17
• 第2章 淬火槽介质流场计算机模拟17-35
• 2.1 流体力学的基本方程及单值条件17-18
• 2.1.1 基本方程17-18
• 2.1.2 单值条件18
• 2.2 三维湍流模型18-20
• 2.2.1 零方程模型19
• 2.2.2 一方程模型19
• 2.2.3 标准的κ-ε两方程模型19-20
• 2.2.4 本文选用的数学模型20
• 2.3 数值模拟20-22
• 2.3.1 淬火槽的几何模型21
• 2.3.2 模拟假设21-22
• 2.4 淬火槽边界条件22-23
• 2.4.1 入口边界22-23
• 2.4.2 出口边界23
• 2.4.3 壁面边界的定义23
• 2.5 淬火槽模拟结果及分析23-34
• 2.5.1 空载时淬火槽内介质流场的模拟23-25
• 2.5.2 加载核电主管道的淬火槽内介质流场模拟25-32
• 2.5.3 核电主管道内外壁流速32-34
• 2.6 本章小结34-35
• 第3章 主管道温度场的计算机模拟35-51
• 3.1 温度场模拟35-39
• 3.1.1 三维传热微分方程35
• 3.1.2 初始条件35
• 3.1.3 边界条件35-36
• 3.1.4 温度场方程的建立36-38
• 3.1.5 瞬态非线性温度场的时间积分38-39
• 3.1.6 温度场的基本假设39
• 3.2 换热系数的确定39-40
• 3.3 建立主管道温度场模型40-43
• 3.3.1 锻件的基本参数41
• 3.3.2 几何模型的建立41-42
• 3.3.3 有限元模型的建立42-43
• 3.4 主管道温度场的模拟计算及分析43-47
• 3.4.1 模拟计算前处理及求解阶段43
• 3.4.2 模拟结果与分析43-47
• 3.5 主管道温度场的模拟验证47-50
• 3.6 本章小结50-51
• 第4章 应力、应变场的计算机模拟51-67
• 4.1 淬火过程应力、应变场的计算51-57
• 4.1.1 热弹性问题51-52
• 4.1.2 热弹塑性的问题52-54
• 4.1.3 弹塑性应力应变关系54-55
• 4.1.4 热弹塑性问题的解法55-57
• 4.2 主管道应力场、应变场模拟计算57-66
• 4.2.1 计算时所需参数及模型57-59
• 4.2.2 主管道应力场结果和分析59-62
• 4.2.3 主管道应变场结果和分析62-66
• 4.3 本章小结66-67
• 第5章 结论67-68
• 参考文献68-71
• 攻读硕士学位期间发表的论文71-72
• 致谢72-73

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