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钠冷快堆钠-空气热交换器风阀流热固耦合研究

高博 张宇景 孙宝平 刘盛

高博, 张宇景, 孙宝平, 刘盛. 钠冷快堆钠-空气热交换器风阀流热固耦合研究[J]. 核动力工程, 2024, 45(3): 206-212. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.03.0206
引用本文: 高博, 张宇景, 孙宝平, 刘盛. 钠冷快堆钠-空气热交换器风阀流热固耦合研究[J]. 核动力工程, 2024, 45(3): 206-212. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.03.0206
Gao Bo, Zhang Yujing, Sun Baoping, Liu Sheng. Study on Fluid-Thermal-Solid Coupling of Damper of Sodium to Air Heat Exchanger in Sodium-Cooled Fast Reactor[J]. Nuclear Power Engineering, 2024, 45(3): 206-212. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.03.0206
Citation: Gao Bo, Zhang Yujing, Sun Baoping, Liu Sheng. Study on Fluid-Thermal-Solid Coupling of Damper of Sodium to Air Heat Exchanger in Sodium-Cooled Fast Reactor[J]. Nuclear Power Engineering, 2024, 45(3): 206-212. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.03.0206

钠冷快堆钠-空气热交换器风阀流热固耦合研究

doi: 10.13832/j.jnpe.2024.03.0206
基金项目: 甘肃省重点研发计划(21YF5GA156)
详细信息
    作者简介:

    高 博(1979—),男,博士研究生,副教授,现主要从事核电风阀研制方面的研究,E-mail: gaobo@mail.lzjtu.cn

  • 中图分类号: TL353+.1

Study on Fluid-Thermal-Solid Coupling of Damper of Sodium to Air Heat Exchanger in Sodium-Cooled Fast Reactor

  • 摘要: 针对核电钠冷快堆钠-空气热交换器风阀在高温工作环境下存在的叶片卡涩现象和阀体强度失效问题,设计了一种双叶片钠冷快堆钠-空气热交换器风阀。利用流热固耦合方法对该风阀在不同开度下的流场流动特性、阀体温度分布、阀体变形及应力情况进行了研究。结果表明:①风阀在开度45°以下时,流体通过风阀前后会产生明显的速度梯度和压力梯度;②局部温差越大的区域热应力值越大,最大应力为206.94 MPa,出现在框架侧密封板边缘处,最大应力值符合材料强度要求;③阀体变形及应力主要为受热引起的热变形和热应力,风阀最大变形量为3.3368 mm且框架变形量在各个方向均大于叶片变形量,新设计的风阀不会产生叶片卡涩现象。

     

  • 图  1  简化后风阀模型

    Figure  1.  Simplified Model of the Damper

    图  2  风阀流热固耦合模型

    Figure  2.  Fluid-thermal-solid Coupling Model of the Damper

    图  3  网格划分图

    Figure  3.  Grid Partition

    图  4  网格无关验证

    Figure  4.  Grid Independent Verification

    图  5  不同开度工况下流场速度分布

    Figure  5.  Velocity Distribution of Flow Field with Different Opening

    图  6  15°开度工况下流场压力分布

    Figure  6.  Pressure Distribution of Flow Field under the Opening of 15°

    图  7  不同开度工况下流场压力变化曲线

    Figure  7.  Pressure Change Curves of Flow Field under Different Openings

    图  8  45°开度工况下阀体温度分布

    Figure  8.  Temperature Distribution of Damper Body under the Opening of 45°

    图  9  不同开度工况下温度变化曲线

    Figure  9.  Temperature Change Curves of under Different Openings  

    图  10  45°开度工况下阀体机械变形分布

    Figure  10.  Mechanical Deformation Diagram of Damper Body under the Opening of 45°

    图  11  45°开度工况下阀体机械应力分布

    Figure  11.  Mechanical Stress Diagram of Damper Body under the Opening of 45°

    图  12  45°开度工况下阀体热变形图

    Figure  12.  Thermal Deformation Diagram of Damper Body under the Opening of 45°

    图  13  45°开度工况下阀体热应力图

    Figure  13.  Thermal Stress Distribution Diagram of Damper Body under the Opening of 45°

    图  14  最大应力位置

    Figure  14.  Position of Maximum Stress

    图  15  不同开度工况下变形及应力变化曲线

    Figure  15.  Deformation and Stress Curves under Different Opening Conditions

    表  1  风阀模型网格数量

    Table  1.   Number of Grids of Damper Model

    风阀开度 流场模型第1层
    网格高度/mm
    固体网格数量 流体网格数量 总网格数量
    15° 4 1834809 7369473 9204282
    30° 5 1835944 7360236 9196180
    45° 6 1835565 7321689 9157254
    60° 7 1835488 7207113 9042601
    75° 8 1832854 7154602 8987456
    90° 9 1831342 7079716 8911058
    下载: 导出CSV

    表  2  316H不锈钢主要物性参数

    Table  2.   Main Physical Parameters of 316H Stainless Steel

    参数名 参数值
    密度/(kg·m−3) 7750
    抗拉强度(${\sigma _{\text{b}}} $)/MPa 515
    条件屈服强度/MPa 205
    热导率/(W·m−1·K−1) 15.1
    线性膨胀系数/(10−6 K−1) 17.0
    弹性模量/(kN·mm−2) 193
    泊松比 0.3
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-07-21
  • 修回日期:  2023-10-09
  • 刊出日期:  2024-06-13

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