AP1000核反應(yīng)堆冷卻劑泵過流部件水力設(shè)計(jì)及流固耦合研究.pdf

1、目前我國正在大力引進(jìn)和吸收AP1000核電技術(shù)，并要在AP1000核電基礎(chǔ)上自主開發(fā)CAP1400核電，而作為核電站核島中關(guān)鍵設(shè)備之一的核主泵設(shè)計(jì)及制造技術(shù)在我國尚屬空白，這嚴(yán)重制約了我國核電的發(fā)展。在此背景下本文對(duì)AP1000核主泵過流部件進(jìn)行水力設(shè)計(jì)和流固耦合的研究具有實(shí)際意義。
　　 本文設(shè)計(jì)了AP1000核主泵的主要過流部件葉輪、導(dǎo)葉、蝸殼，采用數(shù)值模擬方法對(duì)核主泵進(jìn)行了內(nèi)流場研究和性能預(yù)測，對(duì)核主泵葉片的剛強(qiáng)度和振動(dòng)特

2、性進(jìn)行了分析，采用流固耦合技術(shù)對(duì)流場和結(jié)構(gòu)場間相互作用進(jìn)行了研究。
　　 本文主要工作及研究成果包括：
　　 1.總結(jié)了核電和主泵的發(fā)展歷程和研究現(xiàn)狀，并進(jìn)行簡要分析，確定了本文的基本研究路線。闡述了混流式核主泵的設(shè)計(jì)理論，在此基礎(chǔ)上對(duì)主泵葉輪、導(dǎo)葉、蝸殼進(jìn)行了水力設(shè)計(jì)，確定主要結(jié)構(gòu)參數(shù)；
　　 2.運(yùn)用Pro/E和ANSYS Workbench軟件對(duì)主泵實(shí)體和流道進(jìn)行三維實(shí)體建模及網(wǎng)格劃分，并對(duì)流場、結(jié)構(gòu)應(yīng)力場

3、耦合(流固耦合)計(jì)算的控制方程、離散求解方法和網(wǎng)格劃分技術(shù)等進(jìn)行了簡要闡述；
　　 3.對(duì)核主泵壓水室的三種導(dǎo)葉和四種蝸殼設(shè)計(jì)方案進(jìn)行定常流動(dòng)數(shù)值模擬，并對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。采用RANS雷諾時(shí)均方程進(jìn)行數(shù)值求解，以標(biāo)準(zhǔn)k-ε湍流模型來封閉雷諾應(yīng)力項(xiàng)，應(yīng)用SIMPLEC算法進(jìn)行不可壓縮流動(dòng)壓力場的求解，實(shí)現(xiàn)了不同壓水室設(shè)計(jì)方案下主泵的內(nèi)流場數(shù)值模擬和性能預(yù)測；
　　 4.運(yùn)用CFX軟件對(duì)主泵進(jìn)行定常和非定常內(nèi)流場計(jì)算。

4、定常計(jì)算得出主泵定常內(nèi)流場分布和葉片水壓力，為單向流固耦合做準(zhǔn)備；非定常計(jì)算得出主泵非定常內(nèi)流場分布及葉輪和導(dǎo)葉相對(duì)位置變化對(duì)主泵性能的影響；
　　 5.應(yīng)用ANSYS Workbench軟件，采用單向順序耦合方法，對(duì)主泵葉輪、主軸和上飛輪進(jìn)行靜應(yīng)力和模態(tài)分析，得到主泵的力學(xué)特性和模態(tài)振型，并對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行詳細(xì)的分析。結(jié)果表明：主泵的最大等效應(yīng)力產(chǎn)生在葉片壓力面與輪轂接觸處，大小為112.49MPa小于葉輪材料的許用應(yīng)力；最大應(yīng)

5、變產(chǎn)生在葉片出口與輪緣交接處，大小為0.484mm；葉輪自由模態(tài)振頻為294.5Hz，實(shí)際模態(tài)振頻為306.9Hz，均遠(yuǎn)大于葉頻145.8Hz，不會(huì)發(fā)生共振；
　　 6.應(yīng)用Workbench+CFX軟件，對(duì)核主泵葉輪進(jìn)行雙向順序耦合分析，得到主AP1000核反應(yīng)堆冷卻劑泵過流部件水力設(shè)計(jì)及流固耦合研究泵葉片和流場相互作用下的最終葉片變形和流場分布，與非定常計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果表明：在雙向流固耦合下各個(gè)葉片的變形均不相同，葉