泵站从长距离明流隧洞引水的水力过渡过程

泵站从长距离明流隧洞或明渠的中部引水是一种常见的工程布置形式,水力过渡过程计算通常涉及无压、有压输水系统耦合。以典型泵站工程为例,提出了无压、有压输水系统耦合的求解算法,给出了泵站事故断电、正常启动、停机的控制策略和水力特性。无压、有压输水系统可分别采用长、短时间步,假定一个长时间步内的连接处水位恒定,计算有压输水系统的水力瞬变过程,无压输水系统只考虑连接处流量影响。研究工程中的闸门井,不仅是截流元件,还应考虑其调压塔效用。研究成果可为类似工程的水力过渡过程计算提供参考。

基于非结构网格输运模型的核-热耦合程序的开发与验证

反应堆内存在着中子物理、流动传热等多种物理场的紧密耦合和相互反馈。为了能准确地模拟反应堆内的真实情况,本研究针对先进复杂反应堆开发了非结构网格核-热耦合程序MORPHY。中子物理求解采用三角形变分节块法方法结合刚性限制法求解时空中子输运方程;热工水力求解基于一维的并联通道模型和圆柱导热模型。采用TWIGL基准题验证了中子动力学的准确性,堆芯相对功率与参考结果的偏差小于0.5%。与Dodds基准题结果对比,验证了程序对于非结构网格的描述能力。基于NEACRP压水堆基准题对程序的核热耦合计算能力进行验证,并分析对比了不同耦合方法、角度离散阶数对结果的影响。结果表明:MORPHY程序计算值与TWIGL、Dodds以及NEACRP基准题参考值吻合良好,能够用于堆芯稳态和瞬态核热耦合分析模拟。

水热耦合模拟中的冻土渗透系数模型选择

冻土渗透系数是冻土水热模型的关键参数。在当前数值计算过程中,多采用的是渗透系数经验模型,而经验模型的最大缺陷是其经验参数并不适用于所有土体。鉴于渗透系数理论模型具有较强的普适性,故考虑将渗透系数理论模型用于水热耦合计算。为评价理论模型的适用性,本文选取四组饱和冻土的渗透系数模型,以三个水热耦合模型算例为基础,通过比较渗透系数及冻胀变化趋势,对四组饱和冻土渗透系数模型的有效性进行分析。结果表明,理论模型预测结果受颗粒级配曲线及冻结特征曲线影响明显。四组理论模型均可以反映冻土渗透系数变化规律,而分形模型的预测效果最佳。推荐采用未冻水含量为变量,计算冻土渗透系数。研究成果可为准确预测冻胀提供基础。

长距离蒸汽管网设计软件研究

从工程应用角度出发,考虑蒸汽管道水力热力特性的相互影响和过热蒸汽热力参数的变化,建立了长距离蒸汽管网的水力热力耦合计算模型。以Qt5.10.0为开发平台,耦合IAPWS-IF97计算公式开发了蒸汽管网设计计算软件,介绍了程序设计流程、软件的管网绘制及设计计算模块、散热计算模块和水蒸气参数计算模块。利用该软件对某实际工程长距离蒸汽管网进行了设计计算。

“华龙一号”非能动安全壳热量导出系统程序与STAR-CCM+程序耦合计算方法

为更好地对“华龙一号”(Hua-long pressurized reactor 1000,HPR1000)非能动安全壳热量导出系统(passive containment heat removal system,PCS)周围的流场和浓度场进行分析,针对HPR1000 PCS基于漂移流模型开发了一套一维自然循环瞬态计算程序,并将该系统程序与STAR-CCM+程序开展耦合计算研究。PCS程序读取来自STAR-CCM+程序计算的温度、压力及气体组分参数开展计算,并将PCS传热管温度作为返回值传递给STAR-CCM+程序,通过在PCS传热管壁面附近第一层网格内设置冷凝通量的方法将PCS冷凝量及冷凝对应能量从系统中移除。研究结果表明,采用经过验证的PCS程序和耦合计算方法对PCS空间进行计算分析,可以有效控制空间内的温度和压力,PCS周围形成明显的温度和浓度梯度。本研究建立的PCS程序与STAR-CCM+程序耦合计算方法能够用于后续HPR1000及华龙后续机型的PCS研究。

数值反应堆及CVR1.0研究进展

数值反应堆是基于先进耦合建模技术、大规模并行计算技术、先进的验证与确认(V&V)等技术,建立在超级计算机上,可实现实际反应堆各种物理过程高精细模拟预测的复杂软件系统。它是实际反应堆“外在”和“内在”的镜像,是先进的核反应堆设计优化、高效运行、事故预测和应急以及新材料研发等的试验验证平台。本文在简略综述国内外典型数值反应堆研究成果的基础上,描述了本课题组近期开发的数值反应堆核心软件组成体系,分析了数值反应堆对计算资源和存储资源的需求,并介绍了目前正在开展的中国数值反应堆原型系统(CVR1.0)的研究进展。进展主要包括:两相子通道热工水力模拟软件、单相CFD热工水力模拟软件、多尺度材料辐照损伤模拟软件、直接3D中子输运特征线法模拟软件,以及这些软件与欧美CASL、NEAMS、RPV等相关软件的对比和在神威、曙光等超级计算机上的测试结果。

基于水动力耦合模型的平原地区排涝规划

针对滨海平原感潮河网地区水系流态复杂、受边界条件和工程调度影响显著的特点,遵循充分发掘水系调蓄能力、多闸联调和水闸优先抢排的原则,对感潮河网和湖泊分别构建一维和二维水动力数学模型,利用2种模型模拟水位、流量相等的条件,对一维和二维水动力数学模型进行耦合.以辽东湾新区水系排涝规划为例,对4种设计方案进行了分析对比,得出了河道断面和排涝闸门规模.结果表明:方案一和方案二中,河道断面尺寸不变时,排涝闸门规模偏小,造成上游水位偏高;方案三和方案四中,排涝闸门规模不变时,扩大河道断面尺寸对域内水位影响不大.从排涝能力和经济等角度综合考虑,选取方案四为最优方案.计算结果较好地反映了滨海平原感潮河网地区河道断面尺寸和排涝闸门规模对排涝能力的影响,可为区域工程设计和制定排涝方案提供技术保障.

船舶蒸汽管网水力热力耦合计算方法

船舶蒸汽系统水力热力耦合计算是系统设计、管路布置的理论基础。在城市供热管网计算模型的基础上,针对船舶蒸汽系统管网布置错综复杂、管路附件多的特点,考虑蒸汽的可压缩性、管路及附件的摩擦阻力以及散热等特性,建立适用于船舶蒸汽系统管网的水力热力耦合计算模型,并采用标准四阶龙格—库塔(Runge-Kutta)方法对其进行求解。对某型船舶蒸汽系统的3种工况进行水力热力耦合计算,发现计算结果与试验数据最大误差不超过4.1%,满足工程计算的精度要求,表明所提出的方法能很好地应用于船舶蒸汽系统管网的设计优化和计算分析。

液压安全联轴器内套变形计算

以弹性力学中的空间轴对称问题和圆柱壳体问题为理论基础,根据无矩理论和有矩理论,推导出薄壁圆筒问题的变形和应力计算公式,在此基础上计算出内套变形与应力的理论值,并将理论值与有限元计算值进行验证比较,证明所推导的理论公式的正确性,为液压安全联轴器的内套设计提供依据。

煤液化热高分液控阀空蚀磨损耦合研究

采用煤液化热高分液控阀的实际操作条件、工艺介质和结构特性,基于两相空化流动方程、Lagrangian固体颗粒控制方程和RNG k-ε湍流模型,开展空蚀和磨损的耦合计算。计算结果表明:在阀芯的出口处,由于流速降低导致的分离现象,会出现回流区和空化带;在阀芯和阀座的间隙处,由于局部压力降低至液相的饱和蒸汽压以下,阀芯壁面存在明显的空化区域,易发生空蚀;阀座的近壁面存在高速固体颗粒的团聚现象,易发生磨损。实际失效案例与数值计算的结果基本一致,验证了数值计算的可靠性。

不同散热末端耦合运行调节方法

针对目前集中供热系统热量提供的不准确和用户端的热力失调等问题,提出3种对不同末端用户进行耦合计算的方法.采用水力失调度和热力失调度作为判断依据,进而由综合失调度进行分析比较,并通过具体实例计算分析.结果表明:加权值计算方法耦合的一次侧运行调节公式更适合指导供热系统的运行调节.

A COUPLED THERMO-HYDRAULIC MODEL FOR STEAM FLOW IN PIPE NETWORKS

This article aims to establish a coupled thermo-hydraulic mathematical model for steam network by adopting a set of equations, i.e., the continuity equation, motion equation, energy equation, state equation and enthalpy equation and considering the interaction of hydraulic and thermal working conditions. The model is simplified according to steam flow features in pipe networks. The unsteady flow model is simplified to a steady one with considering engineering practice and the solution to the governing equations are obtained by using the standard fourth-order Runge-Kutta method. Many factors of steam flow are generally considered, such as condensability, change of state, friction and heat transfer in the model. It is concluded that coupled iteration can be employed in steam network thermo-hydraulic computation. The numerical results with the model are basically in accordance with practical operation data.

一种调速型液力偶合器传递功率的能力和效率的计算方法

随着液力偶合器在电力、钢铁等领域的大量应用,其节能效果已得到社会的认可。通过对调速型液力偶合器传递功率的几种计算方法的对比和分析,提出了符合实际的计算方法。

工业流体系统风介质水力、热力耦合特性研究

利用连续性方程、动量方程和状态方程建立了稳定流动时管道压降的计算模型,并简化求解得出了压降计算公式,建立了热交换器水力模型,同时通过给出等效长度的计算方法使得其阻力计算与管道一致,进而将其加入管网水力计算,建立了管网各组件热力计算的数学模型;同时给出管网水力计算、节点温度计算及节点压力计算的数学解法,通过反复迭代校正管段流量、管段平均密度和定压比热的方式使得水力和热力计算耦合,并以实际管网为例,对管网水力、热力工况进行了计算,计算结果与实际运行结果比较表明,该方法可用于指导工程实践,将有助于提升流体系统的设计精度与节能挖掘深度。

中子学和热工水力学耦合计算方式的研究

目前在反应堆设计和安全分析中,大量使用由已有的中子学计算程序和热工水力学计算程序连接而成的耦合程序。耦合方式的不同直接影响计算速度和精度。本文介绍了对几种不同的耦合方式所做的数值计算研究,得到一些有启发性的结果.

液压螺栓在汽轮机转子上的设计与应用

通过对电厂汽轮机转子联轴器螺栓进行升级改造,设计了液压螺栓替代竹节螺栓、销钉螺栓的连接形式,计算并对比分析了液压螺栓与传统螺栓的预紧力,建立液压螺栓应力和形变量受力分析模型,获得了不同拉力下对应螺栓伸长量及安全系数。设计研究及实际应用结果表明,液压螺栓拆装速度快、定位精度及安全系数高。

液力偶合器泵轮转子系统有限元强度分析

针对液力偶合器不断向大功率、高转速参数发展需要,为避免运转过程中因部件强度不足而直接影响机组的正常运行,保证液力偶合器结构的安全可靠性,利用有限元法对液力偶合器泵轮转子系统进行不同工况下强度校核。结果表明:液力偶合器材料选择合理,结构强度满足设计要求,并有一定的安全裕度,对工程中液力偶合器的进一步优化设计及运行具有指导意义。

采用^3He回路的功率跃增辐照装置物理特性研究

功率跃增辐照装置用于研究堆内进行燃料元件功率跃增试验(PRT)。对置于高通量工程试验堆(HFETR)中的PRT辐照装置,采用MCNP程序计算装置的中子学特性、各结构的释热率及其轴向分布;采用物理-热工耦合计算方法,结合MCNP程序和CFX程序,得到3He回路压力范围内燃料棒的功率变化。结果表明:3He气体层能显著削弱进入氦屏以内结构的热中子流,并降低装置及其周围的中子注量率;改变3He气体密度能显著地改变装置及其周围的中子场,有效地调节试验燃料棒的功率。燃料芯块释热功率随3He气体压力的减小而单调递增,其计算值与采用自然对数函数拟合的曲线吻合良好。

液压支架双伸缩立柱的流固耦合分析研究

根据我国煤炭行业的最新标准,通过建立双伸缩立柱的模型,研究了立柱的强度计算方法,并通过有限元分析软件分别对立柱进行无液和有液情况下2倍中心载荷的强度分析。结论认为,有限元分析结果与理论计算基本一致。通过对比有流体时立柱的受力状况,显示了流固耦合对立柱的影响,可为液压支架设计提供一定的参考价值。

液力偶合器的选择及使用

从液力偶合器型式的选择,有效直径的确定,叶片倾角的选择,叶片数及叶片厚度的确定等几个方面介绍了液力偶合器选型设计的方法。从实际运行工况出发,详尽地阐述了液力偶合器使用及维护的注意事项,同时针对液力偶合器常见故障,提出了合理的预防措施。