本文關(guān)鍵詞：AP1000核電主管道淬火過(guò)程溫度場(chǎng)應(yīng)力場(chǎng)的數(shù)值模擬

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【摘要】：AP1000核電主管道是核電站核島中關(guān)鍵設(shè)備之一,需要擁有良好的機(jī)械性能和長(zhǎng)久的使用壽命,以保證電站的正常運(yùn)行。目前,對(duì)主管道大型鍛件的淬火工藝主要依靠經(jīng)驗(yàn)來(lái)制定。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展,計(jì)算機(jī)模擬開(kāi)始運(yùn)用在淬火過(guò)程中,模擬結(jié)果可以為實(shí)際使用情況提供參考。由于AP1000核電主管道不僅規(guī)格大且價(jià)格貴,為了了解其淬火過(guò)程,本文采用計(jì)算機(jī)模擬的方法進(jìn)行研究。本論文將計(jì)算機(jī)模擬運(yùn)用在淬火過(guò)程中,先研究加載主管道與淬火槽介質(zhì)流場(chǎng)的關(guān)系,進(jìn)而研究淬火過(guò)程中主管道的溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)和應(yīng)變場(chǎng)的關(guān)系。根據(jù)實(shí)際淬火槽建立其介質(zhì)流場(chǎng)有限元模型,利用流體力學(xué)模擬軟件FLUENT對(duì)空載和加載后淬火槽內(nèi)介質(zhì)流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬,分析了不同進(jìn)口流速下淬火槽內(nèi)介質(zhì)流場(chǎng)分布,以及分析了主管道置于槽內(nèi)不同位置下介質(zhì)流場(chǎng)的影響。根據(jù)模擬結(jié)果,得到主管道在槽內(nèi)放置的位置和其內(nèi)外壁流速的分布。結(jié)果表明:主管道在方式一下的有限元模型CHC1(位置尺寸為:L1(7.7m)、W1(3.5m)、H1(4.5m))更適合其淬火;隨著淬火槽進(jìn)口流速的增大,主管道內(nèi)外壁流速也增加,但是淬火槽內(nèi)介質(zhì)流速相比于進(jìn)口流速更加小。由淬火槽介質(zhì)流場(chǎng)模擬結(jié)果,得到主管道內(nèi)外壁流速。采用反傳熱法計(jì)算出不同進(jìn)口流速下試樣與介質(zhì)之間的換熱系數(shù)。利用有限元軟件ANSYS建立淬火過(guò)程中主管道溫度場(chǎng)、應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)數(shù)值模擬。分析數(shù)值模擬結(jié)果,可以預(yù)測(cè)現(xiàn)有工藝下主管道可能出現(xiàn)的問(wèn)題。結(jié)果表明:隨著進(jìn)口流速的增大,主管道溫度冷卻的越快;對(duì)于主管道來(lái)說(shuō),管接口芯部溫度下降的最慢。通過(guò)對(duì)比不同流速下主管道應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)的模擬結(jié)果可知,隨著進(jìn)口流速的增加,主管道受到的應(yīng)力應(yīng)變也越大;當(dāng)進(jìn)口流速為2.3m/s時(shí),淬火結(jié)束后,主管道最大殘余應(yīng)力遠(yuǎn)低于316LN鋼的屈服強(qiáng)度約在30Mpa;主管道出現(xiàn)最大變形區(qū)域在管接口與主管道相接處和管接口下段,其塑性應(yīng)變量不超過(guò)0.0088。通過(guò)試樣在淬火過(guò)程中溫度變化的測(cè)量,驗(yàn)證了溫度場(chǎng)的數(shù)值模擬。
【關(guān)鍵詞】：數(shù)值模擬 主管道 流場(chǎng) 淬火過(guò)程 溫度場(chǎng) 內(nèi)應(yīng)力場(chǎng)
【學(xué)位授予單位】：南昌航空大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TM623;TG156.3
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 緒論8-17
• 1.1 前言8-9
• 1.2 AP1000核電主管道9-10
• 1.3 淬火數(shù)值模擬的基本過(guò)程10-11
• 1.4 淬火數(shù)值模擬的研究11-14
• 1.4.1 介質(zhì)流場(chǎng)數(shù)值模擬11-12
• 1.4.2 淬火過(guò)程溫度場(chǎng)的模擬12-13
• 1.4.3 淬火過(guò)程應(yīng)力場(chǎng)的模擬13
• 1.4.4 淬火過(guò)程組織場(chǎng)的模擬13-14
• 1.5 國(guó)內(nèi)外淬火模擬概述14-15
• 1.6 數(shù)值模擬難點(diǎn)15
• 1.7 本文的主要研究工作15-17
• 第2章 淬火槽介質(zhì)流場(chǎng)計(jì)算機(jī)模擬17-35
• 2.1 流體力學(xué)的基本方程及單值條件17-18
• 2.1.1 基本方程17-18
• 2.1.2 單值條件18
• 2.2 三維湍流模型18-20
• 2.2.1 零方程模型19
• 2.2.2 一方程模型19
• 2.2.3 標(biāo)準(zhǔn)的κ-ε兩方程模型19-20
• 2.2.4 本文選用的數(shù)學(xué)模型20
• 2.3 數(shù)值模擬20-22
• 2.3.1 淬火槽的幾何模型21
• 2.3.2 模擬假設(shè)21-22
• 2.4 淬火槽邊界條件22-23
• 2.4.1 入口邊界22-23
• 2.4.2 出口邊界23
• 2.4.3 壁面邊界的定義23
• 2.5 淬火槽模擬結(jié)果及分析23-34
• 2.5.1 空載時(shí)淬火槽內(nèi)介質(zhì)流場(chǎng)的模擬23-25
• 2.5.2 加載核電主管道的淬火槽內(nèi)介質(zhì)流場(chǎng)模擬25-32
• 2.5.3 核電主管道內(nèi)外壁流速32-34
• 2.6 本章小結(jié)34-35
• 第3章 主管道溫度場(chǎng)的計(jì)算機(jī)模擬35-51
• 3.1 溫度場(chǎng)模擬35-39
• 3.1.1 三維傳熱微分方程35
• 3.1.2 初始條件35
• 3.1.3 邊界條件35-36
• 3.1.4 溫度場(chǎng)方程的建立36-38
• 3.1.5 瞬態(tài)非線性溫度場(chǎng)的時(shí)間積分38-39
• 3.1.6 溫度場(chǎng)的基本假設(shè)39
• 3.2 換熱系數(shù)的確定39-40
• 3.3 建立主管道溫度場(chǎng)模型40-43
• 3.3.1 鍛件的基本參數(shù)41
• 3.3.2 幾何模型的建立41-42
• 3.3.3 有限元模型的建立42-43
• 3.4 主管道溫度場(chǎng)的模擬計(jì)算及分析43-47
• 3.4.1 模擬計(jì)算前處理及求解階段43
• 3.4.2 模擬結(jié)果與分析43-47
• 3.5 主管道溫度場(chǎng)的模擬驗(yàn)證47-50
• 3.6 本章小結(jié)50-51
• 第4章 應(yīng)力、應(yīng)變場(chǎng)的計(jì)算機(jī)模擬51-67
• 4.1 淬火過(guò)程應(yīng)力、應(yīng)變場(chǎng)的計(jì)算51-57
• 4.1.1 熱彈性問(wèn)題51-52
• 4.1.2 熱彈塑性的問(wèn)題52-54
• 4.1.3 彈塑性應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系54-55
• 4.1.4 熱彈塑性問(wèn)題的解法55-57
• 4.2 主管道應(yīng)力場(chǎng)、應(yīng)變場(chǎng)模擬計(jì)算57-66
• 4.2.1 計(jì)算時(shí)所需參數(shù)及模型57-59
• 4.2.2 主管道應(yīng)力場(chǎng)結(jié)果和分析59-62
• 4.2.3 主管道應(yīng)變場(chǎng)結(jié)果和分析62-66
• 4.3 本章小結(jié)66-67
• 第5章 結(jié)論67-68
• 參考文獻(xiàn)68-71
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文71-72
• 致謝72-73

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