反應堆冷卻劑泵多相流及流固耦合振動特性研究.pdf

1、反應堆冷卻劑泵(以下簡稱主泵)被喻為反應堆的心臟，屬于核I級安全泵，它直接關系著整個反應堆的運行狀況和安全性能。在進行主泵的設計時，必須全面考慮各種工況，并選擇適當?shù)哪Ｐ瓦M行水力、振動及多相流特性分析，保證其具有很高的安全性和較好的經濟性。因此，利用先進的研究手段對主泵內部流場和結構應力場進行分析，對準確揭示其相關規(guī)律、保障其安全運行都具有重要的意義。
　　 本文從第三代反應堆主要堆型--壓水堆的發(fā)展現(xiàn)狀和特點出發(fā)，針對主泵的安

2、全性和經濟性問題，運用計算流體力學技術，并結合流固耦合技術對其振動和多相流特性展開了較為廣泛的研究。本文的主要工作及研究成果包括：
　　 1.總結了主泵的發(fā)展過程和研究現(xiàn)狀，并進行簡要分析，確定了基本研究路線。闡述了軸流式主泵的基本設計理論，分別應用升力法和流線法設計了主泵的葉輪和導葉；
　　 2.分別應用Pro/E和ANASYS Workbench軟件，對主泵實體和流道進行了三維實體建模及網格劃分，并對流場、結構應力場

3、耦合(流固耦合)計算的控制方程、離散求解方法、多相流模擬理論和網格劃分技術等進行了簡要闡述；
　　 3.從主泵的安全和經濟性能出發(fā)，利用Navier-Stokes方程和標準κ-ε流模型對其內部流場進行了數(shù)值模擬，根據(jù)模擬結果對整體效率和壓力脈動進行了深入分析，并通過對比分析提出了優(yōu)化設計方案，保證了水力部件對整個泵段壓力脈動的影響較弱，對主泵機組振動的貢獻較小，且具有較好的經濟性；
　　 4.對高溫高壓工作環(huán)境下的主泵葉

4、片所承受的各種應力進行了理論分析，并利用流固耦合技術，通過求解耦合方程，對穩(wěn)定工況下的葉片應力進行計算和分析。強度校核結果表明：本文主泵滿足美國機械工程師協(xié)會的強度要求。為改進葉片翼型設計、保障主泵水力性能和強度要求提供了有效依據(jù)；
　　 5.根據(jù)流場壓力脈動特性，對葉片的振動問題進行了深入的理論分析，通過反復利用流固耦合技術，仿真了主泵的模態(tài)特性，得到其自振頻率和振型，用以保證主泵避免共振；
　　 6.針對反應堆冷卻劑