Hi-Key核電行業(yè)CAE方案與相關項目簡介

1、Hi-Key核電行業(yè)CAE方案與相關項目簡介 Flowmaster + PumpLinx + FloEFD + FloTHERM + FloVENT + T3Ster + Nastran + Adams + Fatigue + Actran + MpCCI + EDEM + Infolytica + Hobbies + SimCloud + DeSims + TDM匯報內(nèi)容背景簡介核電行業(yè)CAE仿真需求分析CAE解決方案與項目實例介紹總結核電站運行基本原理核電行業(yè)開展仿真分析的意義降低成本、更快投入使用及早使用CAE仿真可以大大縮短設計時間，指導設計、加工、建設和試驗可以對假設工況進行仿真，加

2、速設計流程和投入使用時間規(guī)范化、流程化核電設計、試驗、建設流程，提高可用性和重復利用率安全許多極端事故不能一一通過試驗來進行測試，通過仿真手段可以模擬任意極端事故針對極端事故仿真可以設計相應的應對措施設計規(guī)范政府機構對核電設計和運行有嚴格的工程數(shù)據(jù)和流程規(guī)范，包括仿真規(guī)范核電工程中的CAE應用與研發(fā)管理NVH多場耦合顆粒工程結構與耐久性研發(fā)管理電磁三維CFD流體系統(tǒng)工程化專業(yè)化支持最佳實踐持續(xù)改進業(yè)務設備、系統(tǒng)與電站部件級到系統(tǒng)級的鏈式分析多學科與跨學科的耦合分析流體動力學結構力學顯式動力學電磁學聲學顆粒力學系統(tǒng)仿真數(shù)據(jù)管理知識積累應用集成過程控制技術革新虛擬試驗流程改進協(xié)同管理CAE 仿真技

3、術面臨的挑戰(zhàn)匯報內(nèi)容背景簡介核電行業(yè)CAE仿真需求分析CAE解決方案與項目實例介紹總結熱流體仿真解決方案NVH多場耦合顆粒工程結構與耐久性研發(fā)管理電磁三維CFD流體系統(tǒng)專業(yè)化與工程化并進的CFD解決方案FloEFD：同步CFD分析方案，完全嵌入CAD系統(tǒng)之中，直接使用原始結構模型，自動識別、建立流體域，自動劃分網(wǎng)格，支持迭代式分析與優(yōu)化設計FloTHERM：電子冷卻行業(yè)主導的專業(yè)CFD軟件，全球電子散熱CFD分析70%以上的市場占有率，電子散熱分析的標準軟件FloVENT：艙室、HVAC與建筑流場CFD分析專家，可開展?jié)舛葦U散、通風效能、污染物移除效能、溫度、濕度、舒適度等分析PumpLinx

4、：運動機械CFD模擬專家，內(nèi)置各類泵、閥、風扇與壓縮機模板，提供轉子區(qū)動網(wǎng)格模板，自適應笛卡爾網(wǎng)格技術，具備完備的空化與汽蝕模型Flow-3D：通用CFD軟件，功能全面而強大，自由液面模型的提出者，處理晃蕩、非滿流、模流問題的首選方案Barracuda：工業(yè)級顆粒-流動與復雜化學反應問題的模擬專家，全球首款CPFD （計算顆粒流體力學）軟件Flowmaster：熱流體系統(tǒng)仿真軟件，應用領域涵蓋核電一、二回路主輔系統(tǒng)，國內(nèi)外核電工業(yè)廣泛應用部件級-系統(tǒng)級鏈式CFD解決方案系統(tǒng)級1D CFD方案Flowmaster系統(tǒng)級3D CFD方案-PumpLinx3D CFD-FloEFD及其它各類CFD軟

5、件設計-CFD仿真-優(yōu)化集成解決方案產(chǎn)品“全參數(shù)和半?yún)?shù)化曲面建?！倍喾N變形設計方案自動CAE/CFD仿真試驗設計和多目標優(yōu)化自動改進多方案比對、可視化和報告生成大大提高設計過程的標準化、效率和能耗指標泵、閥的仿真蒸汽發(fā)生器流動分析換熱器的熱流場分析通風空調(diào)元件仿真堆內(nèi)構件流動與熱特性分析項目示例：核電部件設備熱流場分析項目示例核電化工設備CFD模擬離心機氣液分離動態(tài)結果溶解器溶解過程模擬結果項目示例：設計CFD仿真優(yōu)化集成分析項目示例：反應堆冷卻劑系統(tǒng)仿真AP1000反應堆冷卻劑系統(tǒng)仿真模型項目示例：核電主輔系統(tǒng)仿真反應堆冷卻劑系統(tǒng)（RCP）安全殼噴淋系統(tǒng)（EAS）主給水流量控制系統(tǒng)（ARE

6、）輔助給水系統(tǒng)（ASG）余熱排出系統(tǒng)（RRA）化學和容積控制系統(tǒng)（RCV）安全注入系統(tǒng)（RIS）主蒸汽系統(tǒng)（VVP）大氣排放系統(tǒng)（GCT-A）蒸汽排污系統(tǒng)（APG）設備冷卻水 （RRI）重要廠用水系統(tǒng)（SEC）反應堆水池和乏燃料水池冷卻與處理系統(tǒng)（PTR）核電專用熱流體元件開發(fā)項目示例：輔助給水系統(tǒng)分析 試驗結果不滿足準則要求 國內(nèi)某百萬千瓦電站試驗時，模擬主給水管道破裂工況下時，ASG系統(tǒng)的破口流量達到了261.2m/h，不滿足要求。若不及時解決，會影響到該機組的裝料。破損蒸發(fā)器的流量必須小于250m/h。國內(nèi)兩個設備與設計要求有偏差 輔助給水泵：輔助給水泵額定點不滿足設計要求。 調(diào)節(jié)閥（A

7、SG012-017VD）：ASG調(diào)節(jié)閥最大開度下的Cv值為32。大于設計值要求的最大Cv值為25.115。更換泵：系統(tǒng)破口流量對揚程不敏感。調(diào)整調(diào)節(jié)閥開度：通過Flowmaster及試驗驗證，但閥若長期處于擋塊阻擋狀態(tài)，可能造成擋塊將閥門的氣動膜面壓破，造成閥門失效。調(diào)整節(jié)流孔板：減小孔板孔徑來增加管網(wǎng)的阻力，通過Flowmaster及試驗驗證。項目示例：輔助給水系統(tǒng)分析選取孔徑18.5mm項目示例：輔助給水系統(tǒng)分析項目示例：輔助給水系統(tǒng)分析 事例1：2012年3月，紅沿河現(xiàn)場熱試結果顯示“RCP測溫旁路流量偏小”。最初認為是設計問題。設計院利用“RCP測溫旁路模型”，分析確定是現(xiàn)場安裝的閥門

8、阻力遠大于系統(tǒng)設計要求所致。 事例2：2012年3月，紅沿河REA&RIS&RCV系統(tǒng)現(xiàn)場調(diào)試出現(xiàn)系統(tǒng)流量偏小，現(xiàn)場認為是設計問題。設計院利用仿真模型分析確定是大連大高閥門廠生產(chǎn)的逆止閥阻力系數(shù)超標所致。 事例3：2012年2月，紅沿河“RRI_PTR改支路” 的調(diào)試試驗顯示支路流量嚴重不平衡，且流量值遠偏離設計要求?，F(xiàn)場無試驗窗口進一步收集壓力等數(shù)據(jù)。在“數(shù)據(jù)黑匣”的條件下，系統(tǒng)工程師利用RRI模型，分析推測是孔板孔徑不滿足設計要求所致，要求調(diào)試部門拆卸檢查。檢查發(fā)現(xiàn)：現(xiàn)場安裝的是此支路改造之前的舊孔板。 事例4：2012年3月，紅沿河PTR系統(tǒng)調(diào)試出現(xiàn)氣蝕。系統(tǒng)工程師檢查發(fā)現(xiàn)是早期設計時P

9、TR仿真模型中孔板的標高沒有設置造成的。系統(tǒng)工程師利用更新的PTR模型增加了孔板進行分壓，及時消除了系統(tǒng)的氣蝕現(xiàn)象。項目示例：紅沿河系統(tǒng)仿真項目部分成果項目示例：系統(tǒng)級水錘特性分析對于由于泵的特性變化、閥門動作、LOKA產(chǎn)生的壓力脈動在整個管道系統(tǒng)內(nèi)的傳播、疊加現(xiàn)象需開展相應研究工作。 Flowmaster可高效、精確地分析整個管道系統(tǒng)內(nèi)的壓力、溫度、流速等參數(shù)。PCS系統(tǒng)儲水箱回路示意圖項目示例：PCCWST系統(tǒng)1D-3D 聯(lián)合分析項目示例：PCCWST系統(tǒng)1D-3D 聯(lián)合分析1D+3D聯(lián)合仿真：Flowmaster、3D CFD軟件和MpCCI。排水管非滿流由VOF模型求解，儲水箱環(huán)路由F

10、lowmaster來建模求解，對PCCWST的水裝量和排水流量進行論證。項目示例：系統(tǒng)級3D CFD水錘特性分析項目示例：余熱排出泵試驗臺CFD分析實驗臺架流體域結構閥門流體域水箱網(wǎng)格泵網(wǎng)格項目示例：余熱排出泵試驗臺CFD分析臺架系統(tǒng)的壓力分布云圖泵截面壓力分布泵截面速度矢量在穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)計算時，單泵和系統(tǒng)的計算結果趨勢一致瞬態(tài)計算結果可以看出，相同的流量下，單泵模擬的揚程均高于系統(tǒng)內(nèi)泵的揚程，通過觀察發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)泵進出口管路均產(chǎn)生了大量的漩渦。系統(tǒng)級的仿真更真實。結構、耐久性與NVH分析解決方案NVH多場耦合顆粒工程結構與耐久性研發(fā)管理電磁三維CFD流體系統(tǒng)結構與NVH跨學科仿真分析方案疲勞分析

11、跌落、碰撞/顯式非線性非線性線性聲學分析FatigueDytranMarcMSC NastranActran串行 迭代松散的耦合手工驅動CFD一體化的疲勞壽命預測方案疲勞壽命預估部件應力仿真計算導入mnf文件，創(chuàng)建剛柔耦合的Adams模型對機構進行動力學分析采用Nastran對部件進行有限元分析，生成含有模態(tài)信息的mnf文件AdamsNastranFatigueActran / 聲響應有限元/無限元振動噪聲分析方案利用前處理軟件劃分網(wǎng)格Actran/VI設置結構單元、材料屬性、邊界條件及聲學單元、材料屬性、聲學邊界條件ACTRAN Vibro-Acoustics 計算振動響應結果（位移、速度、

12、加速度等） 計算輻射噪聲結果（如聲壓、聲功率等）Actran/VIActran結果的后處理通過結構分析軟件計算得到振動結果作為聲學激勵(速度或位移等) 通過Actran模擬噪聲輻射聲學量及振動響應結果CFD - Actran氣動-振動噪聲聯(lián)合分析方案CFD非穩(wěn)態(tài)求解導出CFD體源數(shù)據(jù)聲源區(qū)及外聲場3D網(wǎng)格及聲學前處理設置Actran ICFD-計算氣動聲源DFT將時域轉為頻率量Actran Aero-Acoustics聲傳播計算Actran VI PostProcessing聲壓云圖、頻譜曲線等Actran VibroAcoustic振動聲學計算內(nèi)聲場及內(nèi)飾件網(wǎng)格及聲學前處理設置AWPF激勵源

13、生成項目示例：結構與沖擊、跌落分析靜強度仿真疲勞分析模態(tài)熱力學仿真核燃料容器設計關鍵部件的性能跌落過程的展現(xiàn)導致失效的真實原因跌落仿真結構的沖擊強度關鍵部件的性能沖擊載荷模態(tài)分析沖擊分析確定結構在無阻尼、自由振動條件下的固有頻率和固有振型隨機振動分析建立有限元模型項目示例：電子設備動力學特性分析隨機振動響應、隨機振動疲勞分析獲取時間-加速度曲線慣性分析（加速度分析）獲取不同加速度下的應力與形變結果項目示例：干燥器聲振耦合與聲疲勞分析氣流流經(jīng)安全閥門處的腔體，引起聲共振。聲音沿著管道回傳至干燥器罩內(nèi)，使波紋片產(chǎn)生聲致振動。干燥器聲載荷聲波傳播主蒸汽管道聲源聲波傳播氣流氣流噴嘴干燥器表面聲載荷閥門

14、共振腔噪聲沿著主蒸汽管道的聲傳播項目示例：主控制室隔聲分析玻璃窗隔聲混凝土墻隔聲結構聲傳播玻璃窗混凝土墻吻合頻率結構聲傳遞電磁特性分析解決方案NVH多場耦合顆粒工程結構與耐久性研發(fā)管理電磁三維CFD流體系統(tǒng)低-中-高頻電磁分析綜合解決方案MagNetOptiNetThermNetElecNet磁場優(yōu)化設計溫度場電場MotorSolve通用電-磁-熱分析模塊專業(yè)電機設計HOBBIES：高頻電磁場計算系統(tǒng)級電磁兼容與隱身特性分析CFD自研接口MagNet電磁場分析ElecNet電機參數(shù)化優(yōu)化獲取磁密云圖、電磁力、損耗等計算結果MagNet-ThermNet磁熱耦合溫度分析MotorSolve電機設

15、計項目示例：電機設計與電-磁-熱特性分析項目示例：控制棒電磁與驅動機構分析保持繞組提升繞組動作部件1動作部件2保持繞組提升繞組動作部件1動作部件2流-固-熱-電磁-聲-顆粒多場耦合解決方案NVH多場耦合顆粒工程結構與耐久性研發(fā)管理電磁三維CFD流體系統(tǒng)MpCCI （Mesh-based parallel Code Coupling Interface）由德國SCAI開發(fā)，SCAI下屬于Fraunhofer-Gesellschaft （弗勞恩霍夫應用研究促進協(xié)會）德國也是歐洲最大的應用科學研究機構。MpCCI具有強大的多學科、多模型、多維度的耦合功能，并具備強大的API開發(fā)接口。基于MpCCI的

16、多場耦合分析方案MpCCI支持的主要CAE軟件考慮顆粒作用的耦合分析方案EDEM+CFD模擬顆粒-流體系統(tǒng)EDEM+FEM精確模擬散體設備的應力、形變狀況EDEM+MBD（自研接口）模擬散料設備動態(tài)力學響應項目示例：流-固-熱耦合分析典型應用非能動安全殼冷卻系統(tǒng)堆內(nèi)構件的流致振動蒸汽發(fā)生器的流致振動和疲勞分析管道的流致振動、熱分層及疲勞問題IVR問題及其它項目示例：非能動安全殼冷卻系統(tǒng)項目示例：安全殼冷卻問題CAE解決方案MpCCI數(shù)據(jù)交換安全殼外部流場模擬（3D CFD）安全殼傳熱模擬（Nastran、Abaqus等）安全殼內(nèi)部流場模擬（3D CFD）以MpCCI實現(xiàn)內(nèi)外復雜熱流場（含蒸發(fā)、

17、冷凝）、結構傳熱的耦合分析冷態(tài)工況下，安全殼外表面附近水流分布情況模擬：采用VOF模型與UDM功能（近似處理微米級水膜），選取不同的安全殼結構參數(shù)，例如不同的直徑、不同的圍堰位置，計算安全殼球形表面的水膜分布情況；主要考慮水膜的均勻性與膜厚分布。熱態(tài)工況下，安全殼外表面附近水流分布情況模擬：除了使用通用多相流模型和基本的傳熱模型外，采用Fluent的UDF功能實現(xiàn)特定模型或應用試驗數(shù)據(jù)和/或經(jīng)驗關系的使用，考慮飽和沸騰與過冷沸騰的影響。項目示例：安全殼冷卻系統(tǒng)驗證性仿真項目示例：安全殼冷卻系統(tǒng)驗證性仿真項目示例：IVR問題分析IVR-ERVC屬于液-固-汽的耦合傳熱問題。液-固凝固相變固-液熔

18、化相變液-汽沸騰相變汽-液兩相流動瞬態(tài)問題物理現(xiàn)象非常復雜沸騰無現(xiàn)成模型可用，需二次開發(fā)項目示例：IVR問題分析方案RPV外部補水冷卻水沸騰液體沸騰相變與兩相流RPV內(nèi)部冷卻UO2凝固液體凝固相變RPV鋼壁內(nèi)側Fe熔化固體熔化相變RPV鋼壁Fe高溫蠕變結構力學耦合傳熱：傳導+對流+輻射項目示例： IVR問題CAE解決方案MpCCI數(shù)據(jù)交換RPV外部流場模擬（3D CFD）RPV傳熱模擬（Nastran、Abaqus等）RPV內(nèi)部流場模擬（3D CFD）項目示例： IVR問題的驗證性仿真分析項目示例： IVR問題加熱棒CFD分析溫度分布速度分布液相體積分數(shù)速度矢量項目示例：熱分層問題三場耦合分析采用多場耦合分析的方法，可以對管內(nèi)流動與結構應力、應變、熱分層等進行耦合分析某閥門的流固耦合模擬波動管內(nèi)溫度分布不均彎曲應力疲勞失效項目示例：JAEA電站級的地震響應分析項目示例