一种稳压器泄压阀开启过程的流固耦合方法与流程

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。

技术实现要素：

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。