基于流固耦合分析计算的止回阀内泄漏流量的监测方法技术

本发明专利技术为基于流固耦合分析计算的止回阀内泄漏流量的监测方法，该方法建立待分析管道的几何模型直接根据流动边界条件进行流固耦合计算，通过对不同阀前主管道温度、流量和阀后支管泄漏流体温度工况的计算，采集不同内泄漏流量下的外壁温度，建立阀门内泄漏外壁温度特征参数、主管道温度及流量、泄漏流体温度与内泄漏流量之间复杂的阀门内泄漏量化预测模型。在设定的温度监测部位设置热电偶，根据不同圆周位置的温度监测数据确定温度特征参数，即可根据电厂提供的操作参数获取止回阀内泄漏流量。该方法能用于核管道安注管线止回阀内泄漏流量的监测，解决了现有技术中核管道中止回阀内泄漏流量信息无法量化及无法准确评价等问题。

Monitoring Method of Leakage Flow in Check Valve Based on Fluid-solid Coupling Analysis and Calculation

The invention is a method for monitoring leakage flow in check valve based on fluid-solid coupling analysis calculation. The method establishes a geometric model of pipeline to be analyzed and directly calculates fluid-solid coupling according to flow boundary conditions. By calculating the temperature, flow rate of the main pipe in front of the valve and the temperature of the branch pipe in back of the valve, the temperature of the outer wall under different internal leakage flow is collected and the inside of the valve is established. Quantitative prediction model for internal leakage of valve is established, which is composed of characteristic parameters of leakage outer wall temperature, main pipe temperature and flow rate, temperature of leakage fluid and internal leakage flow rate. A thermocouple is set at the set temperature monitoring position, and the temperature characteristic parameters are determined according to the temperature monitoring data of different circumference positions. The leakage flow in the check valve can be obtained according to the operation parameters provided by the power plant. The method can be used to monitor the leakage flow in check valve of nuclear pipeline injection pipeline, and solve the problems that the leakage flow information in check valve of nuclear pipeline termination can not be quantified and evaluated accurately in the existing technology.

【技术实现步骤摘要】
基于流固耦合分析计算的止回阀内泄漏流量的监测方法
本专利技术涉及管道止回阀内泄漏监测领域，特指一种基于流固耦合/温度场分析的止回阀内泄漏流量的监测方法，尤其是适用于对核管道管线止回阀内泄漏流量的监测。
技术介绍
近年来，在一些核电站中，由于热分层引起的管道失效已有报道。一种典型的热分层是由RCS(反应堆冷却剂系统)向安注管线的湍流渗入以及支管止回阀内泄漏造成的。泄漏流量的准确确定对于由于安注管线的热疲劳分析至关重要，而目前尚缺乏有效的泄漏监测手段。目前关于工业现场阀门内泄漏的在线检测的方法，主要有：压降法、振动法和声发射检测法等。压降法通过在阀门上下游各安装一只压力传感器，若上游压力显著减小而下游压力增加，则可确定阀门的密封性不够好。缺点是需要打孔安装压力传感器，它不是一种严格意义上的无损检测方法，在实际应用中很难得到推广应用。振动法是利用加速度传感器检测阀门内泄漏时引起的管道振动信号，缺点是其对阀门内泄漏和环境噪声具有同等敏感度，抗干扰能力不强，在敲击管道的情况下，系统也会判断为阀门内泄漏，具有很高的不确定性。声发射检测法是通过阀门内泄漏产生的声发射信号的时频域特征，检测过程比较快捷，且对阀门的完整性不会有什么影响；缺点在于当阀门发生内泄漏时，内部产生的声发射信号成分十分的复杂，对于内泄漏的声发射信号的有效识别比较困难，且声发射信号的采样频率较高，这个特性不仅要求硬件设备具有很高的处理速度和较大的存储空间，而且对于信号的分析处理、特征提取和诊断建模也有较大的影响。在中国专利申请号201611019372.4中公开了一种热力系统阀门内泄漏流量监测方法，所述监测方法包括：将热力系统管道划分为多个微元管段，根据传热学原理对所述微元管段进行径向和轴向建模，并利用迭代法沿工质流动方向求解；建立起温度场与特征参数间的大样本模型。然而，此种基于温度的检测方法中，对于系统的管、阀的布置要求较高，适用性较差。总之，现有的阀门内部泄漏检查方法或者监测效果不佳，或者系统结构复杂、检测设备投资大，均不适于对数量多、空间分布复杂的核管道阀门进行检测。由于核管道安注管线流体流动的特殊性，现有技术仅采用了泄漏流体的热量传递确定单点管壁温度关联泄漏流量，这远远不能解决存在冷热流体热分层、湍流渗入、冷热交替等复杂流体流动与传热现象的问题，针对上述现有技术方法中的缺点，本专利技术提出一种基于流固耦合/温度场分析的核管道管线阀门内泄漏流量的监测方法，综合考虑流体流动状态相关的运行参数，基于流固耦合计算确定监测位置管道外壁温度泄漏特征参数，可实现核管道止回阀泄漏流量的定量在线检测，为核管道泄漏事故的及时发现与检修提供方便，对管线的疲劳评价同样具有重要的意义，且监测方法使用方便，可满足工程计算要求。
技术实现思路
本专利技术目的在于针对核管道安注管线止回阀内泄漏流量定量监测的需求，提出了一种基于流固耦合分析计算的止回阀内泄漏流量的监测方法。该方法能用于核管道安注管线止回阀内泄漏流量的监测，解决了现有技术中核管道中止回阀内泄漏流量信息无法量化，管道内产生热分层、冷热交替等造成的热疲劳无法准确评价等问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于流固耦合分析计算的止回阀内泄漏流量的监测方法，包括下述步骤：第一步、建立待分析管道的几何模型，并对流体域与固体域进行网格剖分，运用计算流体力学软件进行流固耦合计算，得到阀前管道温度场：已知待分析管道部位阀前主管道温度thot、阀前主管道流量Qhot及阀后管内泄漏流体的温度tcold的操作范围不同泄漏流量QLeak下阀前管外壁温度数据，每一个泄漏流量对应一组管壁温；基于流固耦合计算，确定阀前监测截面沿圆周方向的n个阀前测温点，第1测温点设于截面位置的最上侧，第n测温点位于截面位置的最低端；相邻两个测温点的温度依次取平均值记为Ti，i＝1、2、3…、n-1，两个相邻测温点间监测截面的面积记为Si，根据式(8)计算得到待测点的当量面平均温度TA，根据式(9)计算出整个截面中最高温度Ttop与最低温度TBottom的温度差ΔT，待测点的当量面平均温度TA与温度差ΔT作为管外壁温度特征参数，ΔT＝Ttop-TBottom(9)式中：第二步、不同流动条件下流固耦合计算与泄漏流量关联式的确定：对不同流动条件下进行流固耦合计算，利用最小二乘法对阀前管外壁温度特征参数数据进行分析与处理，得出阀前管外壁温度特征参数随泄漏流量QLeak、泄漏流体温度tcold、主管道温度thot及主管道流量Qhot的变化规律；拟合出阀前管外壁温度特征参数与泄漏流量QLeak的定量关系式为T＝f(thot,Qhot,tcold,QLeak)，式中T代表TA、ΔT；根据上述得到的T与QLeak的数学关系，解出泄漏流量QLeak与阀前管外壁温度特征参数、主管道温度thot及主管道流量Qhot、泄漏流体温度tcold间的关系式为QLeak＝g(thot,Qhot,tcold,T)，QLeak＝g(thot,Qhot,tcold,T)即为阀前管外壁温度特征参数、主管道温度thot及主管道流量Qhot、泄漏流体温度tcold与泄漏流量QLeak之间复杂的阀门内泄漏量化预测模型；第三步、根据预测模型进行实时监测：在阀前测温点安装热电偶，实时将阀前测温点处温度发送给监控服务器端，得到的热分层温度特征参数，再根据阀门内泄漏量化预测模型计算出泄漏流量，比较由两个温度特征参数得到的对应泄漏流量，若两者的泄漏流量相对误差小于泄漏阈值，则取二者的算数平均值，若不小于泄漏阈值，则取二者较大值为最终的泄漏流量值，实现实时监测。上述基于流固耦合分析计算的止回阀内泄漏流量的监测方法应用于核管道安注管线止回阀内泄漏流量的监测。本专利技术所提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：本专利技术提出了一种基于流固耦合分析计算的止回阀内泄漏流量的监测方法。该方法建立待分析管道的几何模型直接根据流动边界条件进行流固耦合计算，通过对不同阀前主管道温度、流量和阀后支管泄漏流体温度工况的计算，采集不同内泄漏流量下的外壁温度，建立阀门内泄漏外壁温度特征参数、主管道温度及流量、泄漏流体温度与内泄漏流量之间复杂的阀门内泄漏量化预测模型。在实际现场测量过程中，可根据管道的布置及流动边界条件确定止回阀内泄漏流量预测模型，在设定的温度监测部位设置热电偶，根据不同圆周位置的温度监测数据确定温度特征参数，即可根据电厂提供的操作参数(主管道流体流量与温度、泄漏流体温度)获取止回阀内泄漏流量。误差分析表明，该方法内泄漏流量预测精度高，方法简便可行，可以满足安注管线热疲劳计算、止回阀内泄漏监测维修的需求。本专利技术利用流固耦合的方法通过温度场定量确定止回阀内泄漏流量，适用性更广。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的目的或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在没有作出付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于流固耦合分析计算的止回阀内泄漏流量的监测方法，包括下述步骤：第一步、建立待分析管道的几何模型，并对流体域与固体域进行网格剖分，运用计算流体力学软件进行流固耦合计算，得到阀前管道温度场：已知待分析管道部位阀前主管道温度thot、阀前主管道流量Qhot及阀后管内泄漏流体的温度tcold的操作范围

【技术特征摘要】
1.一种基于流固耦合分析计算的止回阀内泄漏流量的监测方法，包括下述步骤：第一步、建立待分析管道的几何模型，并对流体域与固体域进行网格剖分，运用计算流体力学软件进行流固耦合计算，得到阀前管道温度场：已知待分析管道部位阀前主管道温度thot、阀前主管道流量Qhot及阀后管内泄漏流体的温度tcold的操作范围不同泄漏流量QLeak下阀前管外壁温度数据，每一个泄漏流量对应一组管壁温；基于流固耦合计算，确定阀前监测截面沿圆周方向的n个阀前测温点，第1测温点设于截面位置的最上侧，第n测温点位于截面位置的最低端；相邻两个测温点的温度依次取平均值记为Ti，i＝1、2、3…、n-1，两个相邻测温点间监测截面的面积记为Si，根据式(8)计算得到待测点的当量面平均温度TA，根据式(9)计算出整个截面中最高温度Ttop与最低温度TBottom的温度差ΔT，待测点的当量面平均温度TA与温度差ΔT作为管外壁温度特征参数，ΔT＝Ttop-TBottom(9)式中：第二步、不同流动条件下流固耦合计算与泄漏流量关联式的确定：对不同流动条件下进行流固耦合计算，利用最小二乘法对阀前管外壁温度特征参数数据进行分析与处理，得出阀前管外壁温度特征参数随泄漏流量QLeak、泄漏流体温度tcold、主管道温度thot及主管道流量Qhot的变化规律；拟合出阀前管外壁温度...

【专利技术属性】
技术研发人员：高炳军，董晓梅，余雏麟，董俊华，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：天津,12