【摘 要】
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止回阀是反应堆中常用的重要部件之一,流体流经阀瓣所产生的振动会导致部件磨损,产生不必要的噪音等。本文将针对阀瓣在反应堆系统中的应用开展基于动网格技术的流固耦合瞬态模拟研究,主要评价Overset动网格技术和各湍流模型在流固耦合问题中的表现,然后基于此对固定铰链挡板扰流的流固耦合问题进行深入研究。为了开发Overset动网格技术的应用方法,本文首先设计了溃坝挡板验证实验,并使用商业软件STAR-CC
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止回阀是反应堆中常用的重要部件之一,流体流经阀瓣所产生的振动会导致部件磨损,产生不必要的噪音等。本文将针对阀瓣在反应堆系统中的应用开展基于动网格技术的流固耦合瞬态模拟研究,主要评价Overset动网格技术和各湍流模型在流固耦合问题中的表现,然后基于此对固定铰链挡板扰流的流固耦合问题进行深入研究。为了开发Overset动网格技术的应用方法,本文首先设计了溃坝挡板验证实验,并使用商业软件STAR-CCM+对简单的溃坝挡板实验场景进行CFD模拟,证明了Overset动网格技术的适用性;其次,本文设计了矩形通道固定铰链挡板实验,使用PIV技术对固定铰链挡板周围流场进行测量,并使用了POD分析得到湍动能各阶模态能量占比分布和流态相干结构的空间分布;最后使用CFD模拟与实验进行比对以评价各个湍流模型在该流固耦合场景下的表现,并基于此对固定铰链挡板扰流开展进一步研究。结果表明,基于动网格技术的流固耦合瞬态数值模拟方法可适用于一般流固耦合问题;溃坝挡板角度曲线呈现周期性振荡;振荡幅度随着初始液位的增加而增加,且随初始液位增高,振荡幅值增加程度逐渐降低,周期时长逐渐减小,时延现象逐渐减弱;固定铰链挡板的流致振动产生的大幅低频振动现象及其状态转换会导致流场中湍动能在各阶模态中的能量占比和相干结构出现突变;大涡模拟和Overset网格方法可以较准确描述固定铰链挡板流致振动振动特性和尾迹流场特性;固定铰链挡板平均摆动角度随雷诺数增加而增加,主频振幅随雷诺数增加而减小,主频随雷诺数增加而增加;固定铰链挡板振动主频、挡板受力主频和涡脱频率一致,漩涡脱落是挡板流致振动的主要激励源。
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