对于运行于一般工业流程中的止回阀,对其运行特性和内部流动的了解已较为充分。然而,对于满足高温高压工况要求的止回阀,研究工作鲜见报道。本文以一核电止回阀为研究对象,深入分析其内部复杂流动特征,尤其是在阀门启闭过程中的非定常流动特征;考虑到阀门关键部件的安全性和运行稳定性,本文对阀门启闭过程中的结构特性进行研究。本研究拟解释极端工况下阀门内的流动机理,也为阀门的设计与安全运行提供参照。本文的主要研究工作及结论如下:(1)高温高压工况下核电止回阀安全性能分析借助商用计算流体动力学软件ANSYS Fluent对核电止回阀开启过程中的流动进行非定常数值模拟,获得阀门流道内的压力和速度分布;借助流固耦合方法对阀门关键部件进行受力及变形分析,进而评估止回阀的安全性能。研究结论:阀门开启初期,其入口的流速较低,出口管内高速与低速区域共存。阀芯下方的高压积聚加剧了阀芯受力的不平衡。阀门入口管及出口管内形成了明显的旋涡。随着阀门的开启,入口管内流速升高,而出口管内流速高于入口管。入口管内的压力随着阀门开度的增加逐渐降低,同时出口管内压力略降,且压力波动明显。阀芯在阀门开启初期产生了明显的扭曲变形;随着阀门的开启,变形量减小,扭曲程度降低。阀门反复开启增加了阀芯疲劳破坏的风险。(2)核电止回阀动态启闭过程中内部流动研究运用ANSYS Fluent软件模拟止回阀在启闭过程中的三维流动,获得阀门启闭过程中各个开度条件下的压力与速度分布,描述阀门动态启闭过程中的流动特征。研究结论:阀门开启过程中,入口及出口流速均随开度增加而显著增加,喉部及出口管内出现高速区;入口管内压力随开度升高明显降低,出口管内压力不受开度变化的影响,但压力波动明显;阀门入口及出口管内均出现局部低压区。阀门关闭过程中,入口管与阀芯接触区域出现低速滞止区域且产生高压积聚现象,阀芯下方出现高速射流区及负压区;入口管内流速随阀门开度减小而降低,入口管内压力增加,出口压力基本保持恒定。(3)阀门启闭过程中关键部件的力学与结构分析借助结构分析软件ANSYS Workbench中的流固耦合模块对止回阀启闭过程中不同开度条件下的关键部件结构特性进行分析,将数值模拟得到的流体压力分布作为载荷加载到阀门的过流部件上,计算得到部件内的受力和变形分布。研究结论:在阀门开启过程中,阀体的最大变形量集中在喉部;随着开度的变化,阀体的变形量呈现波动趋势,阀芯的最大变形量出现在靠近阀门入口管的一侧。在阀门关闭过程中,阀体的最大变形量出现在入口管下侧区域,阀芯的最大变形量出现的位置随着开度不同而变化,阀体与阀芯的变形量随开度变化呈现波动状态且变化趋势一致。在阀门启闭过程中,阀芯的最大等效应力均出现在与弹簧接触区域,且最大等效应力均小于材料许用应力,满足安全要求。