多分支母管参数化建模与一维三维耦合方法研究

发布时间：2020-06-28 18:59

【摘要】：核动力装置主蒸汽系统(VVP)的功能是将蒸汽发生器产生的饱和蒸汽输送至各用汽设备。在这一过程中,来自不同蒸汽发生器的蒸汽被汇集到蒸汽母管中,而后被分配到汽轮机高压缸、汽水分离再热器、除氧器等用汽设备中。主蒸汽系统由蒸汽母管,母管上游与蒸汽发生器连接的主蒸汽管道,母管下游与用汽设备连接的供汽管道及阀门组件,疏水装置等组成。核动力装置二回路系统运行的安全性和经济性,在很大程度上取决于系统蒸汽流量分配的合理性和准确性。因此,在设计和验证过程中必须要严格控制系统内部的流量分配。针对核动力装置主蒸汽系统,传统的研究方法主要包括实验研究、三维数值模拟以及一维系统仿真。实验研究耗费大量的人力物力,且实验周期长、投入大,难以直观展示系统内部流场、压力场的分布状态及瞬态特性;三维数值模拟虽然部分克服了传统实验研究的弊端,但庞大的系统网格数量对计算机性能提出了过高的要求;相对于三维数值模拟,一维系统仿真可以显著降低模型的复杂程度,减少仿真计算所用时间,但一维仿真模型不能模拟设备内部流场分布,并且对弯管、T型管等特殊形状管道内流体的仿真精度较低。针对一维和三维仿真软件各自存在的不足,一种比较有效的解决方案是采用一维/三维耦合计算。对关键设备,如蒸汽母管,应用CFD软件进行三维数值模拟;对蒸汽系统其他设备管道,应用流网分析软件进行一维仿真计算,并通过接口程序传递边界数据实现耦合计算。本文应用C#语言编写接口程序,实现三维流体计算软件Fluent与一维流体仿真软件Flowmaster的双向耦合计算,研究主蒸汽系统稳态条件下的流场、压力场分布及特定瞬态条件下各支管的耦合扰动效应。并对影响耦合计算的因素,如初场设置、耦合因子、支管长度等进行比较分析,以保证耦合计算准确性,提高耦合计算收敛性。开发“多分支母管结构三维模型参数化建模软件”,实现多分支母管结构三维模型参数化建模与结构化网格划分功能。在此基础上,根据控制变量原则研究母管长度、直径以及分支管路布置形式对蒸汽系统流场、压力场的影响,总结多分支母管结构模型优化设计原则,为多分支母管方案设计提供依据。
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TL353.13
【图文】：

示意图,出口管道,元件,线性化

？逡逑图２．１两出口管道元件示意图逡逑以如图２．１所示的两出口管道元件为例，推导阻抗损失的线性化系数。在常压条件逡逑下，水可以看作不可压缩流体，在管道横截面积不变的情况下，流量？压力间存在如下逡逑关系：逡逑１２逡逑

流体网络,元件,管道,结构示意图

是与节点ｎ连接的第ｉ根管道流量；逡逑是节点控制体内的流量。逡逑以图２．２三根流体管道元件交汇与节点Ｐ２的流体网络为例进行分析：逡逑Ｐ２逡逑１邋ｍ２ｌ邋，逦，邋ｍ，２逦ｍ３２邋，逦，邋ｍ２３逡逑—－—ＣＺＺＺＺＺＺＺＺ３－———１逦逦Ｉ．逦］－邋－邋－）逡逑Ｐｉ逦１逦２邋ｍ４２逦２邋Ｐ３邋３逡逑３逡逑Ｐ４邋ｍ２４逡逑４逡逑图２．２流体网络结构示意图逡逑对于管道元件１有：逡逑ｍｎ邋＝邋ａ＼ｘＰｘ邋＋逦＋邋＾３逦（２－１０）逡逑ｍｉ＼邋－ａ２＼＾＼＾邋ａｎ＾２邋＋邋＾２３逦（２－１１）逡逑对于管道元件２有：逡逑ｍ３２邋＝邋ａ＼＼＾３邋＋邋ａ＼２＾２邋＋邋Ｕ＼３邋（２－１２）逡逑ｍ２３邋＝邋ａ；＾邋＋邋ａ；２Ｐ２邋＋邋ａ；｝逦（２－１３）逡逑对于管道元件３有：逡逑ｍ４２邋＝邋0ｌ｛邋Ｐ４邋＋邋ｃｉ＼２Ｐ２邋＋邋ａ３ｎ逦（２－１４）逡逑ｍ２４邋＝ａ＼＾ＰＡ－＼－邋ａ＼２Ｐ２邋＋邋ａ＼ｙ逦（２－１５）逡逑对于节点１－节点４，根据质量守恒定律，得到各节点质量流量方程：逡逑节点ｈ逡逑ｍ２ｙ＝ａ［ｌｘＰｘ＋ａ＼１Ｐ１＋ａ＼２逦（２－１６）逡逑节点２：逡逑所丨２邋＋邋Ａ７７３２邋＋／Ｗ４２邋＝邋

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