| 题名 | 基于流固耦合的核主泵内部流动及动力特性研究 |
| 作者 | 吕博儒 |
| 答辩日期 | 2019 |
| 导师 | 程效锐 |
| 关键词 | 核主泵 悬臂比 内部流动特性 动静转子间隙 导叶周向安放位置 应力应变 流固耦合 |
| 学位名称 | 硕士 |
| 英文摘要 | 振动的产生是核主泵在运行过程中不可避免的,振动不但会影响其运行的稳定性,而且也会影响其安全性甚至会缩短的核主泵寿命。因此减小振动不但可提高核电机组运行的可靠性,而且也会降低核电站重大事故的发生率,具有重要的经济价值和社会意义。核主泵转子结构及内部的不稳定流动是诱导核主泵机组产生振动的重要原因。因此本文以一台自主研制的核主泵模型为研究对象,基于计算和试验结果,深入研究了核主泵转子悬臂比、动静转子间隙及导叶周向安放位置对核主泵内部流动及动力特性的影响规律。主要内容如下:1.转子悬臂比对核主泵动力特性的影响为研究转子悬臂比对核主泵动力特性的影响规律,针对CAP1400核主泵,在其它几何参数均给定的条件下,通过改变泵轴的悬臂比,设计了25个模型方案。应用多重参考系下的雷诺时均N-S方程和RNG k-ε湍流模型对核主泵流体域进行计算,采用单向流固耦合方法,分析了核主泵叶轮叶片应力、应变在不同悬臂比、不同工况下的变化规律,并在有预应力和无预应力情况下,对不同悬臂比的核主泵进行了转子动力学特性研究。结果表明:当泵轴伸出端长度一定时,核主泵叶轮叶片的应力、应变及转子系统的前6阶固有频率与悬臂比的相关性不强,但对于工况变化的敏感度较高;相同工况下,核主泵叶轮叶片的最大变形量随悬臂长度的增加而增大,但不随悬臂比而变化,最大应力不随悬臂长度及悬臂比而变化;流固耦合作用能降低转子系统的固有频率,且降低幅度随阶数的增加而减小。2.动静转子间隙比对核主泵内部流动及动力特性的影响为研究动-静转子间隙对核主泵内流场及其转子动力特性的影响,以自主设计的CAP1400核主泵为研究对象,基于数值计算与试验结果,采用单向流固耦合方法,重点研究了动-静转子间隙比对核主泵性能及转子应力、应变和模态的影响规律。结果表明,动-静转子间隙比对核主泵及其叶轮外特性的影响规律与工况相关,随工况的不同而不同。就导叶水力损失和主要流道的湍动能分布而言,设计工况下,间隙比对导叶内的水力损失及湍动能分布影响较小,大流量工况下,间隙比对导叶损失及高湍动能区的分布影响较大,导叶损失及高湍动能区的分布面积都随间隙比的增大而单调降低;小流量工况,间隙比对湍动能数值及分布有较大影响,对导叶损失其影响规律为先减小后增大,存在最优值。就转子动力特性而言,间隙比对叶轮叶片背面上的最大等效应力影响较大,工作面影响较小,且叶片背面上最大等效应力大约为工作面上的3倍,但对转子的前6阶固有频率影响较小,且前3阶为叶轮整体振动,后3阶为叶轮和下飞轮的整体振动,振型有一阶弯曲、二阶弯曲、扭转。3.导叶周向安放位置对核主泵内部流动及动力特性的影响为研究导叶周向安放位置对核主泵内流场及其应力、应变的影响,以自主设计的CAP1400核主泵为研究对象,基于数值计算与试验结果,通过单向流固耦合方法,重点研究了导叶周向安放位置对核主泵性能及导叶应力、应变的影响规律。结果表明,该研究所采用的物理模型和计算方法,能够精确反应导叶周向安放位置对核主泵的影响,且误差不超过0.22%。设计工况下,其位置对核主泵效率值和导叶吸力面及后盖板上最大等效应力影响较大,对扬程值和压力面及前盖板上最大等效应力影响较小,且当压水室出口扩散管中心线位于导叶流道出口中心时为最优导叶周向安放位置,该位置能够降低压水室一半的水力损失。最后发现,导叶叶片出口边与前后盖板交接处是高应力集中区域,导叶叶片出口边和其与前盖板交接位置是最容易发生强度破坏的区域。总之,本研究可为核主泵设计、安装以及减震等结构优化提供参考。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 72 |
| URL标识 | 查看原文 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.lut.edu.cn/handle/2XXMBERH/95416]  |
| 专题 | 兰州理工大学 |
| 作者单位 | 兰州理工大学 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 吕博儒. 基于流固耦合的核主泵内部流动及动力特性研究[D]. 2019. |
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