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(chǎn)權(quán)的高端火電機組閥門核心設(shè)計技術(shù)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(guān)鍵閥門國產(chǎn)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(diào)節(jié)閥、高壓旁路調(diào)節(jié)閥、軸流式止回閥、自力式液動高加給水閥等不同結(jié)構(gòu)的閥門進行了分析研究和優(yōu)化設(shè)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(diào)節(jié)閥三種閥門

2、的流阻系數(shù)的實驗測試結(jié)果與數(shù)值計算結(jié)果進行了比對。結(jié)果表明，數(shù)值計算結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)的誤差小于10％;Spalart-Allmaras模型、標(biāo)準(zhǔn)k-s模型、Realizablek-s模型三種模型中標(biāo)準(zhǔn)k-s模型的計算精度略高于其它兩種；利用量綱分析法導(dǎo)出了表征閥門結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度的無量綱數(shù)，利用它對活塞式最小流量調(diào)節(jié)閥的流量特性曲線進行了優(yōu)化，使最小流量調(diào)節(jié)閥調(diào)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(yīng)可能會

3、增大閥體熱應(yīng)力的問題。用數(shù)值模擬法對核電大縮徑比的主蒸汽管預(yù)熱閥進行了節(jié)流變溫效應(yīng)分析。計算表明，在縮徑比為2.56的條件下，閥內(nèi)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(nèi)外壁產(chǎn)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(dǎo)致水蒸汽進入濕蒸汽區(qū)，對閥門密封面產(chǎn)生沖蝕，引起閥門損壞。
　

4、　3.將Euler多相流模型及多孔介質(zhì)模擬引入高壓旁路調(diào)節(jié)閥流場模擬中。獲得了高壓旁路調(diào)節(jié)閥內(nèi)流場、溫度場、水\水蒸汽質(zhì)量分?jǐn)?shù)場、閥體溫度場等相關(guān)重要信息，研宄結(jié)果表明：在高壓差下，閥內(nèi)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(zhuǎn)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(zhuǎn)捩SST、轉(zhuǎn)捩K-Kl-ra三種模型進行了檢驗性計算。結(jié)果表明，轉(zhuǎn)捩K-Kl-ra模型計算出的漩渦尺寸與實驗數(shù)據(jù)最為吻合；轉(zhuǎn)捩SST、轉(zhuǎn)捩K-Kl-ra兩種能正確識別層流到湍流的轉(zhuǎn)捩位置與長度；在標(biāo)定的湍流模型的基礎(chǔ)上，利用轉(zhuǎn)捩K-Kl-ra模型對軸流式止回閥的線型進行了優(yōu)化設(shè)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(chǎn)生的噴注噪聲的實驗結(jié)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(jié)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(chǎn)生的最重要因素，但是閥內(nèi)噪聲分布與速度分布并不對應(yīng)，不能采用流場結(jié)果推測噪聲場。
　　6.針對自力式液動高加給水三通閥關(guān)閉速度過快會對閥座產(chǎn)生沖擊損壞，關(guān)閉過慢導(dǎo)致蒸汽泄漏引發(fā)事故的問題。建立了閥芯運動速度微