[发明专利]一种高效的核电站阀门在线设计优化方法

说明书

本发明提供一种高效的核电站阀门在线设计优化方案，包括如下步骤：建立典型核电站阀门CFD计算结果资源库；开发阀门特性回归函数资源库；阀门的在线设计优化；本发明在一维流网中通过调用阀门回归函数关系式可以实现阀门特性的快速计算；建立了CFD操作流程封装模块，无需重新三维建模、划分网格、选择湍流模型，简单修改结构参数就可以更新CFD计算，大大降低了使用人员的工作难度，提高了工作效率；能够进行一维流网与三维阀门流场的耦合计算，实现阀门在线优化设计。

技术领域

本发明属于流体机械学的阀门设计优化技术领域，具体涉及一种高效的核电站阀门在线设计优化方法方法。

背景技术

在核电站流体网络系统(下文简称流网)中，阀门是重要的组成设备，它与普通阀门最显著的区别在于：不仅工作环境暴露于辐射中，而且在运行特性方面还要满足核电站的各种运行工况的要求，如扰动工况、紧急工况、事故工况、实验工况等，这导致进行核电站阀门的实验十分困难。核电站阀门控制着流体的压力、流量、流动方向等关键要素，具有调节、止回、截断、安全、分流、排汽等多重作用，是流网输送系统中的核心控制部件，因此阀门的设计优化研究具有重要意义。

对于流网内阀门元件的设计优化，早期采用一维流体计算方法。该方法主要关注阀门的系统尺度特性，如阀门开度与压降、流量之间的关系。文献[田志龙.二回路热工流体网络建模与仿真研究[D].哈尔滨工程大学,2018.]采用该方法仿真计算了某核电站二回路中汽轮机进汽阀开度从1到0.6的动态过程，反应了汽轮机高/低压缸、再热器、高/低压加热器的压力、流量、焓值、温度、干度等参数随阀门开度实时变化的瞬态过程。但是，一维流体计算方法是基于曲线拟合而得到的阀门特性函数，当工况偏离设计工况或处于变工况运行时，计算误差较大。

目前对于阀门元件的设计优化多采用三维流体计算方法。该方法主要用于分析阀门进出口参数、内部结构参数等对流场分布特性的影响，进而达到设计优化、部分代替实验的目的。文献[陶正良,蔡定硕,严春雷.电站调节阀内流场的三维数值模拟及实验研究[J].工程热物理学报,2003(01):63-65]以某型号调节阀为对象，引入CFD及CAD软件对阀门内部流场进行了数值模拟，快速准确地计算出压降损失；文献[钟主海,江生科.大型核电汽轮机高压调节阀流场特性的数值研究[J].东方电气评论,2016,30(02):78-84]采用CFD软件CFX，分析了某型核电汽轮机高压调节阀阀座上消音槽、阀碟空腔和阀壳分流板的结构对阀门内部流场特性的影响。但是，CFD软件的流场计算十分复杂，计算时间长、占用大量的计算机资源，并且不能及时响应阀门变工况条件。

除了理论分析和数值计算，基于实物实验对阀门元件进行设计优化仍旧是最稳妥的方法。根据对阀门的作用形式不同，可分成水压实验、机械实验、热疲劳实验、化学实验、可靠性实验等；根据实验的条件又可分成台架实验和运行实验。显然，无论何种实物实验都将面临非常复杂的操作流程和不菲的实验成本。

发明内容

针对以上方法存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种高效的核电站阀门在线设计优化方法方法，是阀门设计优化、运行实验的有益补充。

本方法方法的系统结构示意图如图1所示：首先，针对不同类型的阀门建立封装的CFD计算结果资源库；再根据CFD计算结果，利用回归分析方法开发阀门特性回归函数资源库，使用时可以在一维流网仿真计算中根据阀门类型调用，以达到快速计算的目的；最后操作人员还可以修改回归函数中的变量来实现对阀门性能的在线设计与优化；当回归函数计算结果不满足实际情况时，该系统支持操作人员直接调用CFD计算结果资源库，进行流网系统与阀门的一维-三维耦合计算，以获得精确的阀门特性数据。

本发明的目的是这样实现的：

一、建立典型核电站阀门CFD计算结果资源库

(1)选择常用的核级阀门，如减压阀、止回阀、保护阀、闸阀等作为研究对象；