高溫氣冷堆核級(jí)氦氣隔離閥在關(guān)閉工況下的流場(chǎng)及受力規(guī)律研究

摘 要 基于FLUENT軟件對(duì)3種氦氣隔離閥進(jìn)行流體阻斷性能試驗(yàn)仿真模擬，分析了3種氦氣隔離閥在氦氣介質(zhì)下實(shí)現(xiàn)關(guān)閉的可能性。分析不同隔離閥的流場(chǎng)和受力情況，發(fā)現(xiàn)在關(guān)閉過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)壓力波動(dòng)以及不穩(wěn)定湍流現(xiàn)象。最后，通過(guò)3種閥門的橫向?qū)Ρ鹊玫搅薉N 65氦氣球閥在阻斷流體流動(dòng)方面的優(yōu)勢(shì)。

關(guān)鍵詞 氦氣隔離閥 高溫氣冷堆 流體阻斷性能試驗(yàn) 關(guān)閉工況 數(shù)值模擬

中圖分類號(hào) TQ055.8+1" "文獻(xiàn)標(biāo)志碼 A" "文章編號(hào) 0254?6094（2024）05?0681?08

基金項(xiàng)目：華能集團(tuán)總部科技項(xiàng)目（批準(zhǔn)號(hào)：HNKJ21?H23）資助的課題。

作者簡(jiǎn)介：楊濟(jì)遠(yuǎn)（2000-），碩士研究生，從事特種閥門的研究。

通訊作者：錢錦遠(yuǎn)（1988-），副教授，從事特種閥門的研究，qianjy@zju.edu.cn。

引用本文：楊濟(jì)遠(yuǎn)，劉平，楊強(qiáng)強(qiáng)，等.高溫氣冷堆核級(jí)氦氣隔離閥在關(guān)閉工況下的流場(chǎng)及受力規(guī)律研究［J］.化工機(jī)械，2024，51（5）：681-688.

高溫氣冷堆是第4代核電堆型技術(shù)，具有安全性好、用途多、經(jīng)濟(jì)高效等特點(diǎn)。高溫氣冷堆通過(guò)核能-熱能-機(jī)械能-電能的轉(zhuǎn)換來(lái)發(fā)電，技術(shù)層面具有替代中小型火電廠的能力，對(duì)于能源結(jié)構(gòu)升級(jí)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展以及我國(guó)“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)具有重要意義［1，2］。

近年來(lái)，我國(guó)已經(jīng)建立起全球首個(gè)四代球床模塊式高溫氣冷堆核電站——HTR?PM示范工程，這標(biāo)志著我國(guó)高溫氣冷堆技術(shù)進(jìn)入了工程應(yīng)用階段［3］。HTR?PM示范工程中的核級(jí)氦氣隔離

閥，使用數(shù)量大，使用范圍廣，是保證高溫氣冷堆正常運(yùn)行的關(guān)鍵設(shè)備。但目前氦氣隔離閥主要從國(guó)外采購(gòu)，不僅價(jià)格高，而且時(shí)間周期長(zhǎng)。為了解決HTR?PM示范工程氦氣隔離閥的更換問(wèn)題以及后續(xù)實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模的高溫氣冷堆工程，十分有必要對(duì)氦氣隔離閥的國(guó)產(chǎn)化進(jìn)行研究［4～6］。

由于氦氣易逸散泄漏，且其成本較高，不宜對(duì)未投入使用的閥門直接進(jìn)行氦氣試驗(yàn)，因此需通過(guò)仿真軟件進(jìn)行模擬［7，8］。筆者主要針對(duì)已經(jīng)設(shè)計(jì)出的3款氦氣隔離閥，通過(guò)FLUENT仿真軟件模擬氦氣介質(zhì)下流體阻斷性能，以驗(yàn)證3款隔離閥是否能夠成功實(shí)現(xiàn)開啟與關(guān)閉過(guò)程以及預(yù)設(shè)關(guān)閉時(shí)間等參數(shù)的合理性。

1 氦氣介質(zhì)隔離閥結(jié)構(gòu)

1.1 DN 10氦氣截止閥結(jié)構(gòu)

DN 10氦氣截止閥全開結(jié)構(gòu)下的剖面圖如圖1所示。

當(dāng)DN 10氦氣截止閥在啟閉件的作用下處于全開狀態(tài)時(shí)，閥瓣底部與閥座底的距離為

1.5 mm。閥瓣沿著垂直于閥座的方向?qū)崿F(xiàn)開啟和關(guān)閉動(dòng)作。當(dāng)閥門由全開狀態(tài)開始關(guān)閉時(shí)，閥瓣在閥桿驅(qū)動(dòng)力的作用下克服摩擦力、流體動(dòng)壓力等阻力向下運(yùn)動(dòng)，最終閥瓣與閥座接觸配合，閥門處于全關(guān)狀態(tài)，其總行程為5 mm。

1.2 DN 100氦氣截止閥結(jié)構(gòu)

DN 100氦氣截止閥全開結(jié)構(gòu)下的剖面圖如圖2所示。

與DN 10氦氣截止閥工作原理類似，DN 100氦氣截止閥在啟閉件的作用下處于全開狀態(tài)，此時(shí)閥瓣底部與閥座底部的距離為25.3 mm。閥瓣沿著閥體內(nèi)部滑槽實(shí)現(xiàn)垂直于閥座底面的啟閉動(dòng)作。當(dāng)閥瓣與閥座接觸時(shí)達(dá)到全閉狀態(tài)，由全開到全閉的總行程可以達(dá)到35 mm。

1.3 DN 65氦氣球閥結(jié)構(gòu)

DN 65氦氣球閥剖面圖如圖3所示。

球閥不同于截止閥，其主要通過(guò)作用在閥桿上的扭矩來(lái)帶動(dòng)內(nèi)部球體在與閥座和滾子的配合下轉(zhuǎn)動(dòng)，使球體內(nèi)部通路與閥體進(jìn)出口通路連通，從而達(dá)到開啟和關(guān)閉狀態(tài)。

2 氦氣隔離閥的工況條件

3種型號(hào)隔離閥在結(jié)構(gòu)和工作原理上略有不同，但是本質(zhì)上都是以單個(gè)閥門開閉實(shí)現(xiàn)介質(zhì)的流通與截止。但當(dāng)流通介質(zhì)為氦氣時(shí)，工況條件就成為影響閥門基本開閉功能的主要因素。

2.1 DN 10氦氣截止閥

DN 10氦氣截止閥的工況條件如下：

設(shè)計(jì)壓力 8.1 MPa

出口壓力 0 MPa

設(shè)計(jì)溫度 350 ℃

由于進(jìn)出口壓差大，當(dāng)介質(zhì)在內(nèi)部高速流動(dòng)時(shí)會(huì)出現(xiàn)湍流現(xiàn)象，因此模擬過(guò)程中需要采用湍流模型。根據(jù)氦氣的壓力和溫度，查得DN 10氦氣截止閥的介質(zhì)物性參數(shù)如下：

密度 6.156 2 kg/m3

比熱容 5.188 6 kJ/（kg·K）

動(dòng)力黏度 33.212 4 μPa·s

2.2 DN 100氦氣截止閥

DN 100氦氣截止閥的工況條件如下：

設(shè)計(jì)壓力 8.1 MPa

出口壓力 0 MPa

設(shè)計(jì)溫度 300 ℃

在同樣的進(jìn)出口壓差下，也采用湍流模型。根據(jù)氦氣的壓力和溫度，查得DN 100氦氣截止閥的介質(zhì)物性參數(shù)如下：

密度 6.682 kg/m3

比熱容 5.188 8 kJ/（kg·K）

動(dòng)力黏度 31.342 μPa·s

2.3 DN 65氦氣球閥

DN 65氦氣球閥的工況條件如下：

設(shè)計(jì)壓力 8.1 MPa

出口壓力 0 MPa

設(shè)計(jì)溫度 260 ℃

根據(jù)氦氣的壓力和溫度，查得DN 65氦氣球閥的介質(zhì)物性參數(shù)如下：

密度 4.002 6 kg/m3

比熱容 5.189 kJ/（kg·K）

動(dòng)力黏度 29.814 6 μPa·s

3 數(shù)值計(jì)算方法

3.1 基本控制方程

氦氣流動(dòng)遵循質(zhì)量守恒定律、能量守恒定律和動(dòng)量守恒定律。文中氦氣的工作狀態(tài)為高壓可壓縮氣體，在流動(dòng)過(guò)程中需滿足如下控制方程：

其中，ρ為介質(zhì)密度，u為速度，x為位移，[p][→]為壓力矢量，μ為動(dòng)態(tài)黏度，[u][→]為速度矢量，[S][→]為動(dòng)量源項(xiàng)，[x][→]為位移矢量，T為溫度，λ為介質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)，S為能量源項(xiàng)，下標(biāo)i，j表不不同方向。

3.2 湍流模型

采用Standard k?ε湍流模型對(duì)氦氣在3種閥門中的流動(dòng)特性進(jìn)行計(jì)算。Standard k?ε模型是一種雙方程湍流模型，是在工業(yè)應(yīng)用中被普遍使用的湍流模型，其計(jì)算收斂性和精確性均符合工程計(jì)算要求?；谕膭?dòng)能k輸運(yùn)方程和湍動(dòng)耗散率ε輸運(yùn)方程的半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，湍?dòng)能k和湍動(dòng)耗散率ε的計(jì)算式如下：

（ρk）+（ρku）=μ+

+G-ρε-Y（4）

（ρε）+（ρεu）=μ+

+CG-C ρ

（5）

G=-ρu′u′（6）

Y=2ρε（7）

μ=ρC（8）

其中，μ為湍動(dòng)黏度；σ和σ分別為k和ε的湍動(dòng)普朗特?cái)?shù)，在模型中兩者的默認(rèn)值分別為σ=1，σ=1.3；G為由平均速度梯度引起的湍動(dòng)能；Y為膨脹耗散項(xiàng)，代表可壓縮湍流中脈動(dòng)膨脹對(duì)總耗散率的貢獻(xiàn)；常數(shù)C=0.09、C=1.44、C=1.92；γ為耗散系數(shù)；R為摩爾體積常數(shù)。

4 氦氣隔離閥模擬仿真與結(jié)果分析

4.1 DN 10氦氣截止閥

4.1.1 速度場(chǎng)

研究DN 10氦氣截止閥在關(guān)閉過(guò)程中4個(gè)時(shí)刻的速度場(chǎng)變化情況，圖4均為閥門流道中間剖面圖，此截面更能體現(xiàn)閥芯內(nèi)部流場(chǎng)情況。由圖4可以看出，閥門出口處剛進(jìn)入出口管道有一部分區(qū)域速度明顯增加，這對(duì)于出口管道內(nèi)壁受力會(huì)產(chǎn)生影響。整體上看，不同時(shí)刻的速度場(chǎng)基本一致，這也說(shuō)明在關(guān)閉過(guò)程中整個(gè)閥門內(nèi)部速度場(chǎng)變化不大。

4.1.2 湍動(dòng)能

觀察閥門在關(guān)閉過(guò)程中4個(gè)不同時(shí)刻的湍動(dòng)能云圖（圖5）可以發(fā)現(xiàn)，在整個(gè)閥門內(nèi)部流場(chǎng)中，只有在出口管道一段區(qū)域內(nèi)湍動(dòng)能明顯較大，這說(shuō)明在出口區(qū)域流場(chǎng)會(huì)發(fā)生較為明顯的湍流現(xiàn)象。隨著閥門逐漸關(guān)閉，出口區(qū)域湍動(dòng)能逐漸減小。由于湍流現(xiàn)象以及湍動(dòng)能過(guò)大會(huì)對(duì)閥門的使用壽命產(chǎn)生影響，因此需要預(yù)防湍流帶來(lái)的噪聲和阻力。

4.1.3 壓力場(chǎng)

觀察閥門在關(guān)閉過(guò)程中4個(gè)不同時(shí)刻的壓力場(chǎng)云圖（圖6）可以發(fā)現(xiàn)，進(jìn)口區(qū)域壓力一直較大，出口區(qū)域壓力一直較小；在關(guān)閉過(guò)程中主要發(fā)生變化的是中間區(qū)域，其內(nèi)部壓力會(huì)隨著閥門的關(guān)閉而逐漸減小，并且在進(jìn)口和出口的連線區(qū)域，壓力一直比周圍區(qū)域的小，壓力變化規(guī)律符合閥門關(guān)閉過(guò)程。

4.1.4 流體阻斷性能

DN 10氦氣截止閥的流體阻斷性能試驗(yàn)主要根據(jù)動(dòng)網(wǎng)格自行變化的方式模擬完成，以驗(yàn)證氦氣介質(zhì)流體阻斷試驗(yàn)的可行性以及DN 10氦氣截止閥能否正常關(guān)閉。在閥門關(guān)閉過(guò)程中，閥瓣受力與位移的關(guān)系如圖7所示?？梢钥闯觯趧傞_始關(guān)閉時(shí)閥瓣受力較為均勻且變化不大，在即將完全關(guān)閉時(shí)，受力大幅減小。閥瓣受力主要為關(guān)閉過(guò)程中所受到的向上的流體力，即氦氣介質(zhì)對(duì)閥瓣底部的力，其作用方向與閥瓣運(yùn)動(dòng)方向相反。還可以看出，在閥門關(guān)閉過(guò)程中閥芯所受到的最大流體力不超過(guò)F=1970 N，DN 10氦氣截止閥的閥桿理論軸向力F=7175 N（作用方向與關(guān)閉方向一致，屬于推動(dòng)力），介質(zhì)密封力F=3200 N（作用方向與關(guān)閉方向相反，屬于阻力）、填料摩擦力F=720 N（作用方向與關(guān)閉方向相反，屬于阻力）、導(dǎo)向板摩擦力F=55 N（作用方向與關(guān)閉方向相反，屬于阻力），可以計(jì)算得到介質(zhì)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受到的總阻力F=F+F+F+F=3200+1970+720+55=5945 Nlt;7175 N，因此該閥門關(guān)閉過(guò)程可以實(shí)現(xiàn)理論受力情況，實(shí)現(xiàn)閥門的完全關(guān)閉。

4.2 DN 100氦氣截止閥

4.2.1 速度場(chǎng)

觀察DN 100氦氣截止閥在關(guān)閉過(guò)程中4個(gè)時(shí)刻的速度場(chǎng)云圖（圖8）可以發(fā)現(xiàn)，其速度場(chǎng)的分布規(guī)律與DN 10氦氣截止閥較為相似，但是在DN 100氦氣截止閥出口區(qū)域高速流動(dòng)部分要更大，并且在出口處也依然保持較大速度。

4.2.2 湍動(dòng)能

觀察DN 100氦氣截止閥在關(guān)閉過(guò)程中4個(gè)時(shí)刻的湍動(dòng)能變化情況（圖9）可以看出，其與DN 10氦氣截止閥的湍動(dòng)能分布規(guī)律類似。對(duì)于出口湍動(dòng)能較大區(qū)域，中間時(shí)刻的湍動(dòng)能要明顯大于閥門剛開始關(guān)閉和即將完全關(guān)閉時(shí)。劇烈的湍流不僅會(huì)給流動(dòng)產(chǎn)生較大阻力，同樣也會(huì)產(chǎn)生噪聲，這為后續(xù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供了思路。

4.2.3 壓力場(chǎng)

觀察DN 100氦氣截止閥在關(guān)閉過(guò)程中4個(gè)時(shí)刻的壓力場(chǎng)變化情況（圖10）可以發(fā)現(xiàn)，其壓力分布規(guī)律與DN 10氦氣截止閥類似，只是在關(guān)閉中間時(shí)刻壓力下降更快。

4.2.4 流體阻斷性能

根據(jù)動(dòng)網(wǎng)格的設(shè)計(jì)參數(shù)，在UDF編譯運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)下，設(shè)置時(shí)間步為0.000 01 s，最終在進(jìn)行約400步時(shí)閥門實(shí)現(xiàn)了完全關(guān)閉狀態(tài)，驗(yàn)證了氦氣介質(zhì)下流體阻斷性能試驗(yàn)的可行性。在閥門關(guān)閉過(guò)程中，閥瓣受力與位移的關(guān)系如圖11所示?？梢钥闯?，在剛開始關(guān)閉時(shí)閥瓣受力陡然降低，而后變化較為平穩(wěn)，最后在即將完全關(guān)閉時(shí)受力再次大幅下降。該過(guò)程中，閥桿理論軸向力F=101200 N（作用方向與關(guān)閉方向一致，屬于推動(dòng)力），介質(zhì)密封力F=23000 N（作用方向與關(guān)閉方向相反，屬于阻力）、填料摩擦力F=5200 N（作用方向與關(guān)閉方向相反，屬于阻力）、導(dǎo)向板摩擦力F=900 N（作用方向與關(guān)閉方向相反，屬于阻力），另外從圖11中可以得到關(guān)閉過(guò)程中的最大流體力F=47000 N，則全部阻力F′=F+F+F+F=47000+23000+5200+900=76100 Nlt;101200 N，可見DN 100氦氣截止閥關(guān)閉過(guò)程可以實(shí)現(xiàn)理論受力情況，實(shí)現(xiàn)閥門的完全關(guān)閉。

4.3 DN 65氦氣球閥

給予球體內(nèi)部流道區(qū)域一定角速度進(jìn)行仿真，由于角速度的確定需要在規(guī)定時(shí)間范圍內(nèi)，理論關(guān)閉時(shí)間為9 s，關(guān)閉時(shí)間不得超過(guò)10 s，因此在模擬過(guò)程中選擇關(guān)閉時(shí)間為1、4、9 s3個(gè)時(shí)間梯度分別計(jì)算轉(zhuǎn)矩，并分別與理論轉(zhuǎn)矩進(jìn)行對(duì)比。

4.3.1 速度場(chǎng)

選擇垂直于旋轉(zhuǎn)軸的中心面作為研究面，其左端為入口，右端為出口。在關(guān)閉時(shí)間為9 s（最接近理論關(guān)閉時(shí)間）的情況下，觀察DN 65氦氣球閥關(guān)閉過(guò)程中4個(gè)時(shí)刻的速度場(chǎng)云圖（圖12）可以看出，剛開始關(guān)閉時(shí)內(nèi)部流速均勻，在逐漸關(guān)閉的過(guò)程中入口流速逐漸減小，出口流速逐漸增加，在球閥與出口區(qū)域之間的空隙處流體速度更大。

4.3.2 湍動(dòng)能

在關(guān)閉時(shí)間為9 s的情況下，觀察DN 65氦氣球閥關(guān)閉過(guò)程中4個(gè)時(shí)刻的湍動(dòng)能云圖（圖13）可以看出，整個(gè)流動(dòng)過(guò)程中的湍動(dòng)能并不大，只有在球閥即將完全關(guān)閉時(shí)，出口區(qū)域的湍動(dòng)能增加，這是因?yàn)榧磳⑼耆P(guān)閉時(shí)閥門產(chǎn)生了窄縫，但由于湍動(dòng)能變大的時(shí)刻較短，其對(duì)于流動(dòng)的影響并不大。

4.3.3 壓力場(chǎng)

在關(guān)閉時(shí)間為9 s的情況下，觀察DN 65氦氣球閥關(guān)閉過(guò)程中4個(gè)時(shí)刻的壓力場(chǎng)云圖（圖14）可以看出，閥門剛開始關(guān)閉時(shí)壓力分布比較均勻，隨著閥門的進(jìn)一步關(guān)閉，進(jìn)口區(qū)域形成與入口壓力一致的高壓，中間球體則會(huì)形成介于進(jìn)出口壓力中間的壓力分布，當(dāng)閥門即將完全關(guān)閉時(shí)出口區(qū)域的壓力基本降為0 MPa。

4.3.4 流體阻斷性能

球閥理論總摩擦扭矩MF為420 N·m，設(shè)計(jì)溫度260 ℃，考慮到環(huán)境溫度的影響，最終理論扭矩確定為750 N·m，故理論轉(zhuǎn)矩為330 N·m。

3種時(shí)間梯度下DN 65氦氣球閥轉(zhuǎn)矩與理論轉(zhuǎn)矩的對(duì)比如圖15所示。

圖15a中，盡管在關(guān)閉過(guò)程中轉(zhuǎn)矩不斷波動(dòng)，但是最大轉(zhuǎn)矩是300 N·m，滿足關(guān)閉條件。圖15b中轉(zhuǎn)矩的變化規(guī)律與圖15a類似，雖然整體數(shù)值要比圖15a的大，但是最大轉(zhuǎn)矩依然小于理論轉(zhuǎn)矩，說(shuō)明關(guān)閉時(shí)間由9 s加快到4 s時(shí)，DN 65氦氣球閥依然能夠正常關(guān)閉。圖15c中，轉(zhuǎn)矩在關(guān)閉過(guò)程中也在波動(dòng)變化，但是波動(dòng)范圍大，而且最大力矩已經(jīng)超出理論轉(zhuǎn)矩。

5 結(jié)束語(yǔ)

筆者基于計(jì)算流體力學(xué)原理，對(duì)3種不同型號(hào)的隔離閥進(jìn)行了氦氣介質(zhì)下的流體阻斷性能試驗(yàn)，并通過(guò)FLUENT軟件模擬了3種氦氣隔離閥的關(guān)閉動(dòng)作，結(jié)論如下：

a. 3種氦氣隔離閥均能夠正常關(guān)閉，模擬得到的關(guān)閉時(shí)間均在要求范圍之內(nèi)，同時(shí)關(guān)閉所受的力和轉(zhuǎn)矩也均在理論范圍內(nèi)，說(shuō)明3種閥門均滿足氦氣介質(zhì)下的流體阻斷性能試驗(yàn)要求。

b. 在關(guān)閉過(guò)程中，DN 10和DN 100氦氣截止閥的流場(chǎng)分布規(guī)律并沒有明顯變化，但對(duì)于流場(chǎng)云圖反映出的關(guān)閉過(guò)程中的局部劇烈湍流現(xiàn)象需要引起注意，這會(huì)影響閥門內(nèi)部相應(yīng)部位的力學(xué)性能，影響其使用壽命，嚴(yán)重時(shí)甚至造成氦氣泄漏。DN 65氦氣球閥雖然在關(guān)閉過(guò)程中其流場(chǎng)在不同時(shí)間的變化較大，但是各參數(shù)整體數(shù)值較小。

c. DN 65氦氣球閥的力矩分析結(jié)果表明，關(guān)閉時(shí)間越短，其所受力矩越大，并且在關(guān)閉過(guò)程中力矩會(huì)波動(dòng)性變化。

通過(guò)模擬仿真不僅可以縱向分析3種氦氣隔離閥的流動(dòng)特性，得出在不同關(guān)閉時(shí)刻下速度、靜壓和湍動(dòng)能的分布規(guī)律，而且還能對(duì)3種隔離閥進(jìn)行橫向?qū)Ρ?，結(jié)果表明DN 65氦氣球閥在關(guān)閉過(guò)程中介質(zhì)流動(dòng)更加穩(wěn)定，整個(gè)過(guò)程也更為平穩(wěn)。模擬結(jié)果可為閥門性能優(yōu)化提供參考、為閥門選型提供意見，同時(shí)也可為后續(xù)氦氣隔離閥國(guó)產(chǎn)化使用標(biāo)準(zhǔn)以及使用注意事項(xiàng)的出臺(tái)提供參考。

參 考 文 獻(xiàn)

［1］ 湯曉剛，王悅琴，高志崗，等.高溫氣冷堆大口徑核級(jí)氦氣隔離閥密封結(jié)構(gòu)研究［J］.閥門，2023（3）：356-360.

［2］ 張清雙，楊健，師曉東，等.高溫氣冷堆氦氣隔離閥技術(shù)研究［J］.閥門，2020（5）：1-6；36.

［3］ 高紅彪，郭懷舟，吳懷昆，等.低溫閥門深冷試驗(yàn)用氦氣的回收與利用［J］.閥門，2018（1）：25-26.

［4］ 劉吉，楊明德，黨杰，等.大型氦氣工程試驗(yàn)主回路閥門設(shè)計(jì)及試驗(yàn)研究［J］.閥門，2012（4）：13-17.

［5］ 吳莘馨.10 MW高溫氣冷試驗(yàn)堆氦氣安全閥的全性能試驗(yàn)［J］.通用機(jī)械，2007（8）：25-27.

［6］ 吳莘馨，董建令.10MW高溫氣冷實(shí)驗(yàn)堆氦氣安全閥的設(shè)計(jì)與性能試驗(yàn)［J］.核動(dòng)力工程，2004，25（4）：332-336.

［7］ 李瑩，汪垠，鐘軍，等.高溫氣冷堆示范工程主給水隔離閥空化及振動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)分析［J］.中國(guó)設(shè)備工程，2019（22）：71-72.

［8］ 柳宏宇，陶學(xué)恒，雷曉靜，等.高溫氣冷堆主蒸汽隔離閥的研究［J］.閥門，2017（2）：16-19.

（收稿日期：2023-10-09，修回日期：2024-09-14）

Study on the Flow Field and Force Law of Nuclear Helium

Isolation Valves in the High?temperature Gas Cooled Reactor

YANG Ji?yuan1， LIU Ping2， YANG Qiang?qiang3， TANG Xiao?gang2，

JIN Zhi?jiang1， QIAN Jin?yuan1

（1. Institute of Process Equipment， Zhejiang University；2. China Nuclear Suvalve Co.， Ltd.；

3. Huaneng Nuclear Energy Technology Research Institute Co.， Ltd.）

Abstract" "Having FLUENT software based to simulate fluid blocking performance test of three kinds of helium isolation valves was implemented， including analyzing the possibility of closing three kinds of helium isolation valves in the helium medium. Analyzing both flow field and stress of different isolation valves shows that，the pressure fluctuation and unstable turbulence occur during the closing process. In addition， the advantages of DN 65 helium balloon valve in blocking fluid flow were obtained through laterally comparing three valves.

Key words" " "helium isolation valve， high?temperature gas cooled reactor， fluid blocking performance test， closed operating conditions， numerical simulation