Hi-Key核電行業(yè)CAE方案與相關(guān)項(xiàng)目簡介

1、Hi-Key核電行業(yè)CAE方案與相關(guān)項(xiàng)目簡介 Flowmaster + PumpLinx + FloEFD + FloTHERM + FloVENT + T3Ster + Nastran + Adams + Fatigue + Actran + MpCCI + EDEM + Infolytica + Hobbies + SimCloud + DeSims + TDM匯報(bào)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(xiàng)目實(shí)例介紹總結(jié)核電站運(yùn)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(shè)計(jì)時(shí)間，指導(dǎo)設(shè)計(jì)、加工、建設(shè)和試驗(yàn)可以對假設(shè)工況進(jìn)行仿真，加

2、速設(shè)計(jì)流程和投入使用時(shí)間規(guī)范化、流程化核電設(shè)計(jì)、試驗(yàn)、建設(shè)流程，提高可用性和重復(fù)利用率安全許多極端事故不能一一通過試驗(yàn)來進(jìn)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(shè)計(jì)相應(yīng)的應(yīng)對措施設(shè)計(jì)規(guī)范政府機(jī)構(gòu)對核電設(shè)計(jì)和運(yùn)行有嚴(yán)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(yīng)用與研發(fā)管理NVH多場耦合顆粒工程結(jié)構(gòu)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(shí)踐持續(xù)改進(jìn)業(yè)務(wù)設(shè)備、系統(tǒng)與電站部件級(jí)到系統(tǒng)級(jí)的鏈?zhǔn)椒治龆鄬W(xué)科與跨學(xué)科的耦合分析流體動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)力學(xué)顯式動(dòng)力學(xué)電磁學(xué)聲學(xué)顆粒力學(xué)系統(tǒng)仿真數(shù)據(jù)管理知識(shí)積累應(yīng)用集成過程控制技術(shù)革新虛擬試驗(yàn)流程改進(jìn)協(xié)同管理CAE 仿真技

3、術(shù)面臨的挑戰(zhàn)匯報(bào)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(xiàng)目實(shí)例介紹總結(jié)熱流體仿真解決方案NVH多場耦合顆粒工程結(jié)構(gòu)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(jìn)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(jié)構(gòu)模型，自動(dòng)識(shí)別、建立流體域，自動(dòng)劃分網(wǎng)格，支持迭代式分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)FloTHERM：電子冷卻行業(yè)主導(dǎo)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(biāo)準(zhǔn)軟件FloVENT：艙室、HVAC與建筑流場CFD分析專家，可開展?jié)舛葦U(kuò)散、通風(fēng)效能、污染物移除效能、溫度、濕度、舒適度等分析PumpLinx

4、：運(yùn)動(dòng)機(jī)械CFD模擬專家，內(nèi)置各類泵、閥、風(fēng)扇與壓縮機(jī)模板，提供轉(zhuǎn)子區(qū)動(dòng)網(wǎng)格模板，自適應(yīng)笛卡爾網(wǎng)格技術(shù)，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(qiáng)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(jí)顆粒-流動(dòng)與復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)問題的模擬專家，全球首款CPFD （計(jì)算顆粒流體力學(xué)）軟件Flowmaster：熱流體系統(tǒng)仿真軟件，應(yīng)用領(lǐng)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(yīng)用部件級(jí)-系統(tǒng)級(jí)鏈?zhǔn)紺FD解決方案系統(tǒng)級(jí)1D CFD方案Flowmaster系統(tǒng)級(jí)3D CFD方案-PumpLinx3D CFD-FloEFD及其它各類CFD軟

5、件設(shè)計(jì)-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(shè)計(jì)方案自動(dòng)CAE/CFD仿真試驗(yàn)設(shè)計(jì)和多目標(biāo)優(yōu)化自動(dòng)改進(jìn)多方案比對、可視化和報(bào)告生成大大提高設(shè)計(jì)過程的標(biāo)準(zhǔn)化、效率和能耗指標(biāo)泵、閥的仿真蒸汽發(fā)生器流動(dòng)分析換熱器的熱流場分析通風(fēng)空調(diào)元件仿真堆內(nèi)構(gòu)件流動(dòng)與熱特性分析項(xiàng)目示例：核電部件設(shè)備熱流場分析項(xiàng)目示例核電化工設(shè)備CFD模擬離心機(jī)氣液分離動(dòng)態(tài)結(jié)果溶解器溶解過程模擬結(jié)果項(xiàng)目示例：設(shè)計(jì)CFD仿真優(yōu)化集成分析項(xiàng)目示例：反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)仿真AP1000反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)仿真模型項(xiàng)目示例：核電主輔系統(tǒng)仿真反應(yīng)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(xué)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(shè)備冷卻水 （RRI）重要廠用水系統(tǒng)（SEC）反應(yīng)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(xiàng)目示例：輔助給水系統(tǒng)分析 試驗(yàn)結(jié)果不滿足準(zhǔn)則要求 國內(nèi)某百萬千瓦電站試驗(yàn)時(shí)，模擬主給水管道破裂工況下時(shí)，ASG系統(tǒng)的破口流量達(dá)到了261.2m/h，不滿足要求。若不及時(shí)解決，會(huì)影響到該機(jī)組的裝料。破損蒸發(fā)器的流量必須小于250m/h。國內(nèi)兩個(gè)設(shè)備與設(shè)計(jì)要求有偏差 輔助給水泵：輔助給水泵額定點(diǎn)不滿足設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)值要求的最大Cv值為25.115。更換泵：系統(tǒng)破口流量對揚(yáng)程不敏感。調(diào)整調(diào)節(jié)閥開度：通過Flowmaster及試驗(yàn)驗(yàn)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(dòng)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(yàn)驗(yàn)證。項(xiàng)目示例：輔助給水系統(tǒng)分析選取孔徑18.5mm項(xiàng)目示例：輔助給水系統(tǒng)分析項(xiàng)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(jié)果顯示“RCP測溫旁路流量偏小”。最初認(rèn)為是設(shè)計(jì)問題。設(shè)計(jì)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(yuǎn)大于系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(rèn)為是設(shè)計(jì)問題。設(shè)計(jì)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(biāo)所致。 事例3：2012年2月，紅沿河“RRI_PTR改支路” 的調(diào)試試驗(yàn)顯示支路流量嚴(yán)重不平衡，且流量值遠(yuǎn)偏離設(shè)計(jì)要求?，F(xiàn)場無試驗(yàn)窗口進(jìn)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)時(shí)P

9、TR仿真模型中孔板的標(biāo)高沒有設(shè)置造成的。系統(tǒng)工程師利用更新的PTR模型增加了孔板進(jìn)行分壓，及時(shí)消除了系統(tǒng)的氣蝕現(xiàn)象。項(xiàng)目示例：紅沿河系統(tǒng)仿真項(xiàng)目部分成果項(xiàng)目示例：系統(tǒng)級(jí)水錘特性分析對于由于泵的特性變化、閥門動(dòng)作、LOKA產(chǎn)生的壓力脈動(dòng)在整個(gè)管道系統(tǒng)內(nèi)的傳播、疊加現(xiàn)象需開展相應(yīng)研究工作。 Flowmaster可高效、精確地分析整個(gè)管道系統(tǒng)內(nèi)的壓力、溫度、流速等參數(shù)。PCS系統(tǒng)儲(chǔ)水箱回路示意圖項(xiàng)目示例：PCCWST系統(tǒng)1D-3D 聯(lián)合分析項(xiàng)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(chǔ)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(jìn)行論證。項(xiàng)目示例：系統(tǒng)級(jí)3D CFD水錘特性分析項(xiàng)目示例：余熱排出泵試驗(yàn)臺(tái)CFD分析實(shí)驗(yàn)臺(tái)架流體域結(jié)構(gòu)閥門流體域水箱網(wǎng)格泵網(wǎng)格項(xiàng)目示例：余熱排出泵試驗(yàn)臺(tái)CFD分析臺(tái)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(jì)算時(shí)，單泵和系統(tǒng)的計(jì)算結(jié)果趨勢一致瞬態(tài)計(jì)算結(jié)果可以看出，相同的流量下，單泵模擬的揚(yáng)程均高于系統(tǒng)內(nèi)泵的揚(yáng)程，通過觀察發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)泵進(jìn)出口管路均產(chǎn)生了大量的漩渦。系統(tǒng)級(jí)的仿真更真實(shí)。結(jié)構(gòu)、耐久性與NVH分析解決方案NVH多場耦合顆粒工程結(jié)構(gòu)與耐久性研發(fā)管理電磁三維CFD流體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與NVH跨學(xué)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(xué)分析FatigueDytranMarcMSC NastranActran串行 迭代松散的耦合手工驅(qū)動(dòng)CFD一體化的疲勞壽命預(yù)測方案疲勞壽命預(yù)估部件應(yīng)力仿真計(jì)算導(dǎo)入mnf文件，創(chuàng)建剛?cè)狁詈系腁dams模型對機(jī)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析采用Nastran對部件進(jìn)行有限元分析，生成含有模態(tài)信息的mnf文件AdamsNastranFatigueActran / 聲響應(yīng)有限元/無限元振動(dòng)噪聲分析方案利用前處理軟件劃分網(wǎng)格Actran/VI設(shè)置結(jié)構(gòu)單元、材料屬性、邊界條件及聲學(xué)單元、材料屬性、聲學(xué)邊界條件ACTRAN Vibro-Acoustics 計(jì)算振動(dòng)響應(yīng)結(jié)果（位移、速度、

12、加速度等） 計(jì)算輻射噪聲結(jié)果（如聲壓、聲功率等）Actran/VIActran結(jié)果的后處理通過結(jié)構(gòu)分析軟件計(jì)算得到振動(dòng)結(jié)果作為聲學(xué)激勵(lì)(速度或位移等) 通過Actran模擬噪聲輻射聲學(xué)量及振動(dòng)響應(yīng)結(jié)果CFD - Actran氣動(dòng)-振動(dòng)噪聲聯(lián)合分析方案CFD非穩(wěn)態(tài)求解導(dǎo)出CFD體源數(shù)據(jù)聲源區(qū)及外聲場3D網(wǎng)格及聲學(xué)前處理設(shè)置Actran ICFD-計(jì)算氣動(dòng)聲源DFT將時(shí)域轉(zhuǎn)為頻率量Actran Aero-Acoustics聲傳播計(jì)算Actran VI PostProcessing聲壓云圖、頻譜曲線等Actran VibroAcoustic振動(dòng)聲學(xué)計(jì)算內(nèi)聲場及內(nèi)飾件網(wǎng)格及聲學(xué)前處理設(shè)置AWPF激勵(lì)源

13、生成項(xiàng)目示例：結(jié)構(gòu)與沖擊、跌落分析靜強(qiáng)度仿真疲勞分析模態(tài)熱力學(xué)仿真核燃料容器設(shè)計(jì)關(guān)鍵部件的性能跌落過程的展現(xiàn)導(dǎo)致失效的真實(shí)原因跌落仿真結(jié)構(gòu)的沖擊強(qiáng)度關(guān)鍵部件的性能沖擊載荷模態(tài)分析沖擊分析確定結(jié)構(gòu)在無阻尼、自由振動(dòng)條件下的固有頻率和固有振型隨機(jī)振動(dòng)分析建立有限元模型項(xiàng)目示例：電子設(shè)備動(dòng)力學(xué)特性分析隨機(jī)振動(dòng)響應(yīng)、隨機(jī)振動(dòng)疲勞分析獲取時(shí)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(yīng)力與形變結(jié)果項(xiàng)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(dòng)。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(xiàng)目示例：主控制室隔聲分析玻璃窗隔聲混凝土墻隔聲結(jié)構(gòu)聲傳播玻璃窗混凝土墻吻合頻率結(jié)構(gòu)聲傳遞電磁特性分析解決方案NVH多場耦合顆粒工程結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)溫度場電場MotorSolve通用電-磁-熱分析模塊專業(yè)電機(jī)設(shè)計(jì)HOBBIES：高頻電磁場計(jì)算系統(tǒng)級(jí)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(jī)參數(shù)化優(yōu)化獲取磁密云圖、電磁力、損耗等計(jì)算結(jié)果MagNet-ThermNet磁熱耦合溫度分析MotorSolve電機(jī)設(shè)

15、計(jì)項(xiàng)目示例：電機(jī)設(shè)計(jì)與電-磁-熱特性分析項(xiàng)目示例：控制棒電磁與驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)分析保持繞組提升繞組動(dòng)作部件1動(dòng)作部件2保持繞組提升繞組動(dòng)作部件1動(dòng)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(jié)構(gòu)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(yīng)用研究促進(jìn)協(xié)會(huì)）德國也是歐洲最大的應(yīng)用科學(xué)研究機(jī)構(gòu)。MpCCI具有強(qiáng)大的多學(xué)科、多模型、多維度的耦合功能，并具備強(qiáng)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(shè)備的應(yīng)力、形變狀況EDEM+MBD（自研接口）模擬散料設(shè)備動(dòng)態(tài)力學(xué)響應(yīng)項(xiàng)目示例：流-固-熱耦合分析典型應(yīng)用非能動(dòng)安全殼冷卻系統(tǒng)堆內(nèi)構(gòu)件的流致振動(dòng)蒸汽發(fā)生器的流致振動(dòng)和疲勞分析管道的流致振動(dòng)、熱分層及疲勞問題IVR問題及其它項(xiàng)目示例：非能動(dòng)安全殼冷卻系統(tǒng)項(xiàng)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(shí)現(xiàn)內(nèi)外復(fù)雜熱流場（含蒸發(fā)、

17、冷凝）、結(jié)構(gòu)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(jí)水膜），選取不同的安全殼結(jié)構(gòu)參數(shù)，例如不同的直徑、不同的圍堰位置，計(jì)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(shí)現(xiàn)特定模型或應(yīng)用試驗(yàn)數(shù)據(jù)和/或經(jīng)驗(yàn)關(guān)系的使用，考慮飽和沸騰與過冷沸騰的影響。項(xiàng)目示例：安全殼冷卻系統(tǒng)驗(yàn)證性仿真項(xiàng)目示例：安全殼冷卻系統(tǒng)驗(yàn)證性仿真項(xiàng)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(dòng)瞬態(tài)問題物理現(xiàn)象非常復(fù)雜沸騰無現(xiàn)成模型可用，需二次開發(fā)項(xiàng)目示例：IVR問題分析方案RPV外部補(bǔ)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(cè)Fe熔化固體熔化相變RPV鋼壁Fe高溫蠕變結(jié)構(gòu)力學(xué)耦合傳熱：傳導(dǎo)+對流+輻射項(xiàng)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(xiàng)目示例： IVR問題的驗(yàn)證性仿真分析項(xiàng)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?jǐn)?shù)速度矢量項(xiàng)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(dòng)與結(jié)構(gòu)應(yīng)力、應(yīng)變、熱分層等進(jìn)行耦合分析某閥門的流固耦合模擬波動(dòng)管內(nèi)溫度分布不均彎曲應(yīng)力疲勞失效項(xiàng)目示例：JAEA電站級(jí)的地震響應(yīng)分析項(xiàng)目示例