核主泵混流式模型泵流固熱耦合仿真分析.pdf

1、核能作為緩和世界能源危機(jī)的一種經(jīng)濟(jì)有效的措施，在當(dāng)今世界電力領(lǐng)域扮演著重要的角色，在資源的可利用性和經(jīng)濟(jì)性上有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，但在意外事故上又有其高危險(xiǎn)性，因此有必要對(duì)核能發(fā)電這把“雙刃劍”進(jìn)行深入研究。核主泵作為核島內(nèi)唯一的回轉(zhuǎn)部件，它屬于核電站一級(jí)設(shè)備，核主泵的長(zhǎng)時(shí)間安全運(yùn)行在整個(gè)核電站的運(yùn)行過(guò)程中占有舉足輕重的地位。
　　 本文從某核電站核主泵的性能參數(shù)出發(fā)，設(shè)計(jì)了核主泵的模型泵，針對(duì)核主泵實(shí)際運(yùn)行工況特點(diǎn)，運(yùn)用計(jì)算流體力學(xué)技

2、術(shù)，對(duì)其內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行分析，并結(jié)合目前比較先進(jìn)的流固熱耦合技術(shù)對(duì)核主泵葉輪進(jìn)行深入研究，同時(shí)對(duì)葉輪的振動(dòng)特性進(jìn)行分析。本文的主要工作及研究成果如下：
　　 1、總結(jié)核主泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和研究現(xiàn)狀，闡述核主泵研究的發(fā)展趨勢(shì)，確定采用CFD技術(shù)和流固熱耦合技術(shù)對(duì)其研究的基本方法；
　　 2、闡述核主泵模型泵的水力設(shè)計(jì)方法，根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)，運(yùn)用Pro/E軟件對(duì)模型泵進(jìn)行了三維實(shí)體造型；使用網(wǎng)格劃分軟件ICEM對(duì)模型泵進(jìn)行結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分

3、，提高了網(wǎng)格質(zhì)量，加快了計(jì)算速度；
　　 3、采用CFX軟件對(duì)不同流量工況下介質(zhì)的壓力分布、速度分布和溫度分布進(jìn)行數(shù)值模擬，并對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行分析和性能預(yù)測(cè)曲線，結(jié)果顯示核主泵模型泵的性能曲線較平緩、無(wú)駝峰且具有較寬的高效區(qū)，符合運(yùn)行要求；
　　 4、通過(guò)比較流固耦合的求解方法，本文采用弱耦合分區(qū)法，在軟件ANSYSWorkbench+CFX上實(shí)現(xiàn)對(duì)模型泵的不同運(yùn)行工況流固熱耦合數(shù)值計(jì)算，分別得到了核主泵模型泵在流固熱耦合

4、作用下整場(chǎng)、葉輪和導(dǎo)葉的壓力、速度和溫度的分布情況；與定常狀態(tài)下流場(chǎng)分析做對(duì)比，得到葉片的變形影響著流場(chǎng)和溫度場(chǎng)分布，說(shuō)明進(jìn)行流固熱耦合分析的必要性；結(jié)合流場(chǎng)的非定常特性對(duì)模型泵的各個(gè)截面進(jìn)行壓力脈動(dòng)特性分析，發(fā)現(xiàn)泵的脈動(dòng)頻率主要受葉片通過(guò)頻率的影響，在葉輪進(jìn)口、葉輪流道中和葉輪出口表現(xiàn)較強(qiáng)，而在導(dǎo)葉流道和球殼流道段影響逐漸減弱。
　　 5、將流固熱耦合的結(jié)果作為預(yù)應(yīng)力對(duì)模型泵進(jìn)行模態(tài)分析，并與空氣中的模態(tài)分析做對(duì)比，發(fā)現(xiàn)兩種模