在我國核電事業(yè)不斷發(fā)展的進(jìn)程中,核反應(yīng)堆冷卻劑泵(又稱核主泵)的自主化設(shè)計(jì)顯得尤為重要。目前針對(duì)核主泵葉輪的正向優(yōu)化設(shè)計(jì)方法對(duì)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和計(jì)算資源需求很大,設(shè)計(jì)效率較低。為此本文首先自主開發(fā)了葉輪機(jī)械流場(chǎng)計(jì)算程序,并在此基礎(chǔ)上,結(jié)合反設(shè)計(jì)思想和理論,提出一種核主泵葉輪的反設(shè)計(jì)方法,開發(fā)了反設(shè)計(jì)計(jì)算程序,為我國核主泵葉輪的自主化設(shè)計(jì)提供參考。文中首先介紹了所采用的葉輪機(jī)械二維粘性流場(chǎng)數(shù)值模擬方法。基于網(wǎng)格單元體中心的有限體積法,以顯式時(shí)間推進(jìn)方法求解二維直角坐標(biāo)系下的Navier-Stokes方程�？刂品匠痰目臻g離散采用中心差分格式,并引入考慮特征值影響的人工粘性項(xiàng)來保證計(jì)算的穩(wěn)定并使用五步Runge-Kutta格式進(jìn)行時(shí)間推進(jìn)求解。對(duì)于粘性流動(dòng),使用SpalartAllmaras一方程湍流模型來求解湍流粘度。為了使計(jì)算快速收斂,使用了當(dāng)?shù)貢r(shí)間步長(zhǎng)和隱式殘差光順加速技術(shù)。基于上述理論基礎(chǔ),使用Fortran90程序語言自主開發(fā)了二維粘性流動(dòng)求解程序。為了更加準(zhǔn)確地模擬出葉輪機(jī)械內(nèi)部的真實(shí)三維流動(dòng)情況,本文基于兩類相對(duì)流面理論,在二維粘性流動(dòng)求解程序的基礎(chǔ)上,開發(fā)了旋轉(zhuǎn)機(jī)械準(zhǔn)三維粘性流動(dòng)求解程序;為了模擬水泵中的不可壓縮流動(dòng),本文基于預(yù)處理方法,開發(fā)了不可壓縮流動(dòng)求解器。使用相關(guān)算例將本文開發(fā)的求解器與商業(yè)軟件NUMECA進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證,結(jié)果本文所開發(fā)的求解器可較準(zhǔn)確地模擬出葉輪機(jī)械內(nèi)部流動(dòng)情況。基于自主開發(fā)的葉輪機(jī)械準(zhǔn)三維粘性流動(dòng)求解器,結(jié)合反設(shè)計(jì)理論,自主編寫了反設(shè)計(jì)計(jì)算程序。通過給定葉片表面壓差分布的方法對(duì)壓縮機(jī)和核主泵葉輪進(jìn)行反設(shè)計(jì)改型。結(jié)果表明:調(diào)整葉片表面載荷分布可以得到性能較好的葉輪,證明了本文反方法的可行性和有效性。
【學(xué)位單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TM623
【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 課題研究的背景和意義
    1.2 CFD技術(shù)在葉輪機(jī)械計(jì)算與設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
    1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
    1.4 本文主要研究工作
2 CFD數(shù)值研究方法基礎(chǔ)
    2.1 流體力學(xué)控制方程
    2.2 空間差分
        2.2.1 計(jì)算網(wǎng)格及節(jié)點(diǎn)編號(hào)
        2.2.2 對(duì)流項(xiàng)的空間離散
        2.2.3 粘性項(xiàng)的空間離散
    2.3 時(shí)間推進(jìn)方法
    2.4 加速收斂技術(shù)
    2.5 本章小結(jié)
3 二維粘性流動(dòng)求解器的編寫及驗(yàn)證
    3.1 Spalart-Allmaras一方程湍流模型
        3.1.1 輸運(yùn)方程
        3.1.2 計(jì)算設(shè)置
    3.2 二維粘性流動(dòng)求解器的編寫及驗(yàn)證
        3.2.1 NACA0012翼型繞流計(jì)算
        3.2.2 RAE2822翼型繞流計(jì)算
        3.2.3 VKI-1葉柵內(nèi)流場(chǎng)計(jì)算
    3.3 無壁面距離的S-A湍流模型計(jì)算程序開發(fā)
        3.3.1 輸運(yùn)方程
        3.3.2 計(jì)算結(jié)果
    3.4 本章小結(jié)
4 準(zhǔn)三維粘性流動(dòng)求解器的編寫及驗(yàn)證
    4.1 準(zhǔn)三維流動(dòng)控制方程的建立
    4.2 準(zhǔn)三維粘性流動(dòng)求解器的編寫及驗(yàn)證
        4.2.1 計(jì)算方法及計(jì)算網(wǎng)格的生成
        4.2.2 半徑r和流片厚度h的選取
        4.2.3 準(zhǔn)三維流動(dòng)求解器的驗(yàn)證
    4.3 本章小結(jié)
5 不可壓流動(dòng)計(jì)算的預(yù)處理方法
    5.1 預(yù)處理控制方程
        5.1.1 HAKIMI預(yù)處理方法
        5.1.2 MERKLE預(yù)處理方法
        5.1.3 邊界條件
        5.1.4 時(shí)間步長(zhǎng)的計(jì)算
    5.2 不可壓流動(dòng)求解器的驗(yàn)證計(jì)算
        5.2.1 RG-15a翼型低速繞流計(jì)算
        5.2.2 水流葉柵計(jì)算
    5.3 AP1000核主泵葉輪計(jì)算
    5.4 計(jì)算誤差分析
    5.5 本章小結(jié)
6 反設(shè)計(jì)理論及核主泵葉輪反方法改型設(shè)計(jì)
    6.1 反設(shè)計(jì)理論及方程
    6.2 葉片返回實(shí)驗(yàn)
    6.3 葉輪反方法改型設(shè)計(jì)
        6.3.1 離心壓縮機(jī)改型設(shè)計(jì)
        6.3.2 AP1000核主泵葉輪反方法改型設(shè)計(jì)
    6.4 本章小結(jié)
結(jié)論與展望
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況
致謝

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2886381