【摘要】：核主泵是為冷卻劑輸送提供動力并將熱量排出的設(shè)備,是核電站一回路壓力邊界組成部分。葉輪是核主泵內(nèi)高速轉(zhuǎn)動部件,同時作為核主泵的核心部件,要求在高溫、高壓、強輻射環(huán)境下長期、安全、可靠地運行,關(guān)系到核主泵運行的完整性,直接影響到冷卻劑的輸送,進而影響到整個反應(yīng)堆系統(tǒng)的安全。準(zhǔn)確計算核主泵葉輪在流體介質(zhì)中的動應(yīng)力對核主泵安全可靠運行具有十分重要的意義。本文開展了水環(huán)境下葉輪動應(yīng)力研究。對葉輪干濕模態(tài)進行了數(shù)值模擬分析,對比了干濕模態(tài)各階頻率,得到各階頻率下降率。同時,分析了葉輪距自由表面、剛性壁面的距離對葉輪濕模態(tài)影響。葉輪在水環(huán)境下阻尼比分為材料阻尼比與流體介質(zhì)阻尼比。通過分析模態(tài)參數(shù),研究了材料阻尼耗功,同時通過弱耦合,將模態(tài)振型與流場節(jié)點耦合,求解了流體介質(zhì)阻尼耗功。基于模態(tài)應(yīng)變能法,得到了材料阻尼比與流體介質(zhì)阻尼比,并且分析了材料阻尼比、流體介質(zhì)阻尼比隨著振幅變化關(guān)系,并得到了總阻尼比。然后測量了葉輪空氣中、水中的頻響函數(shù)曲線,并分析頻響函數(shù)曲線,得到了模態(tài)頻率、模態(tài)阻尼比等模態(tài)參數(shù),并且對比了實驗與數(shù)值模擬結(jié)果。研究了葉輪非定常流場特性,得到了壓力脈動時域特性,并且通過FFT(Fast Fourier Transformation)變換得到壓力脈動頻域特性,分析了壓力荷載頻域成分,同時研究了壓力荷載幅值、相位分布。根據(jù)葉輪干涉圖,找出了共振模態(tài),然后根據(jù)得到的總阻尼比以及壓力荷載,分別采用擬靜力以及諧響應(yīng)方法分析了水環(huán)境下葉輪動應(yīng)力。研究發(fā)現(xiàn),葉輪各階濕模態(tài)頻率比干模態(tài)頻率低,并且每階下降率不同;葉輪距自由表面越遠、距剛性壁面越近,頻率越低,并且到達一定距離后,頻率保持不變;同一模態(tài)下,葉輪材料阻尼比隨著振幅是非線性變化關(guān)系,而流體介質(zhì)阻尼比基本保持不變。并且同一模態(tài),同一振幅下,流體介質(zhì)阻尼比遠大于材料阻尼比,此時總阻尼比即為流體介質(zhì)阻尼比;實驗結(jié)果表明,實驗與數(shù)值的葉輪各階模態(tài)頻率最大誤差為5%,阻尼比誤差為7.8%,滿足精度要求;葉輪壓力脈動主頻為轉(zhuǎn)頻,但在葉片尾緣處,由于動靜干涉,13倍轉(zhuǎn)頻幅值也比較大;根據(jù)葉輪干涉圖,找出共振模態(tài)為1節(jié)徑1模態(tài),發(fā)現(xiàn)壓力荷載幅值分布沿周向均勻,但相位分布不均勻,葉片之間存在相位差;擬靜力分析結(jié)果表明動應(yīng)力最大值為1.96MPa,諧響應(yīng)分析結(jié)果表明,計算的最大動應(yīng)力為2.02MPa,兩者結(jié)果基本相同。最大動應(yīng)力都出現(xiàn)在葉片前緣根部。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TL353.12

【參考文獻】

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本文編號：2751621