為應對能源緊缺,我國引進了美國尚未得到工程應用的第三代先進壓水堆核電技術AP1000。AP.1000與其它核電堆型相比,將兩臺并聯(lián)的反應堆冷卻劑泵(以下簡稱核主泵)直接倒置焊接在蒸汽發(fā)生器下封頭底部。這種獨特的設計須全面評價核主泵與蒸汽發(fā)生器下封頭間的耦合效應。為此,本文建立了核主泵與蒸汽發(fā)生器下封頭的聯(lián)合仿真模型,采用CFD方法對該耦合模型進行了仿真計算,分別研究了蒸汽發(fā)生器下封頭對核主泵流場、水力性能及水動力性能的影響。本文首先對蒸汽發(fā)生器下封頭和核主泵進行流體域幾何建模和網(wǎng)格劃分,并通過網(wǎng)格無關性驗證確定了合適的網(wǎng)格數(shù)量。穩(wěn)態(tài)計算時,將縮尺泵的數(shù)值計算結(jié)果與試驗結(jié)果進行對比,結(jié)果表明,數(shù)值計算與試驗結(jié)果取得了很好的一致性。瞬態(tài)計算時,進行了時間步長無關性驗證,最終確定時間步長為葉輪旋轉(zhuǎn)1°所需的時間。其次,進行了熱管側(cè)蒸汽發(fā)生器下封頭的流量分配仿真和冷管側(cè)蒸汽發(fā)生器下封頭與核主泵的聯(lián)合仿真。結(jié)果表明,各U型管的流量分配不均、冷管側(cè)蒸汽發(fā)生器下封頭紊亂的流場以及下封頭與核主泵入口漸縮相貫區(qū)域造成了核主泵入口處產(chǎn)生了入流畸變。入流畸變使得核主泵入口處產(chǎn)生了局部低壓區(qū),流體以不同的流速流入葉輪的流道,加劇了核主泵入口處和動靜葉交界處的壓力脈動。此外,分析了入流畸變對核主泵水力和水動力性能的影響。發(fā)現(xiàn)入流畸變降低了核主泵的揚程和效率,且降低的幅度隨流量的增大而增大。在葉輪軸向力方面,入流畸變雖然使得軸向力略有降低但增大了軸向力的脈動程度；而在葉輪徑向力方面,入流畸變使得徑向力數(shù)值和徑向力脈動程度都有大幅增加。最后,提出了一種在核主泵入口管加裝錐形擋板的結(jié)構(gòu),通過對比三孔、四孔、五孔、六孔錐形擋板發(fā)現(xiàn)三孔擋板可有效改善核主泵入流條件且流動阻力較小。之后,本文根據(jù)正交試驗的方法對三孔擋板進行了優(yōu)化設計。上述論文結(jié)果可為核主泵的安全運行和進水段的優(yōu)化設計提供參考。
【學位單位】：浙江大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2016
【中圖分類】：TL353.13
【文章目錄】：
致謝
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 核主泵概述
    1.3 核電站堆型介紹
        1.3.1 核電堆型的發(fā)展歷程
        1.3.2 AP1000核電堆型的特殊性
    1.4 流畸變研究現(xiàn)狀
        1.4.1 葉片式泵入流畸變研究現(xiàn)狀
        1.4.2 葉片式風機入流畸變研究現(xiàn)狀
        1.4.3 核主泵入流畸變研究現(xiàn)狀
    1.5 本文研究內(nèi)容
2 三維湍流流場數(shù)值計算理論
    2.1 CFD簡介
    2.2 控制方程
    2.3 湍流模擬方法和湍流模型
        2.3.1 湍流模擬方法
        2.3.2 湍流模型
    2.4 網(wǎng)格類型及網(wǎng)格劃分方法
        2.4.1 網(wǎng)格類型
        2.4.2 網(wǎng)格劃分方法
        2.4.3 網(wǎng)格劃分軟件
    2.5 本章小結(jié)
3 入流畸變下核主泵性能數(shù)值計算方法
    3.1 流體域建立及網(wǎng)格劃分
        3.1.1 蒸汽發(fā)生器下封頭
        3.1.2 入口管
        3.1.3 葉輪
        3.1.4 導葉
        3.1.5 壓水室
    3.2 數(shù)值模擬分析過程
        3.2.1 邊界條件
        3.2.2 數(shù)值模擬參數(shù)設置
        3.2.3 網(wǎng)格無關性驗證
        3.2.4 監(jiān)測點設置和時間步長無關性驗證
    3.3 縮尺泵試驗驗證
        3.3.1 泵的相似理論
        3.3.2 試驗介紹
        3.3.3 縮尺泵模擬值與試驗值對比
    3.4 本章小結(jié)
4 入流畸變對核主泵流場影響研究
    4.1 熱管側(cè)蒸汽發(fā)生器下封頭流量分配分析
    4.2 流畸變對核主泵穩(wěn)態(tài)流場影響
        4.2.1 冷管側(cè)蒸汽發(fā)生器下封頭流場分析
        4.2.2 核主泵入口處穩(wěn)態(tài)流場分析
    4.3 流畸變對核主泵瞬態(tài)流場影響
        4.3.1 核主泵入口處瞬態(tài)流場分析
        4.3.2 核主泵葉輪處瞬態(tài)流場分析
    4.4 流畸變的衰減規(guī)律
    4.5 本章小結(jié)
5 入流畸變對核主泵水力及水動力性能影響研究
    5.1 入流畸變對核主泵水力性能的影響
        5.1.1 H-Q曲線對比
        5.1.2 η-Q曲線對比
    5.2 入流畸變對核主泵軸向力的影響
        5.2.1 穩(wěn)態(tài)軸向力對比
        5.2.2 瞬態(tài)軸向力對比
    5.3 入流畸變對核主泵徑向力的影響
        5.3.1 穩(wěn)態(tài)徑向力對比
        5.3.2 瞬態(tài)徑向力對比
    5.4 不同工況下入流畸變對核主泵水動力性能的影響
    5.5 本章小結(jié)
6 低入流畸變核主泵進水段設計
    6.1 不同型式擋板對入流畸變的影響
    6.2 擋板結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設計
        6.2.1 正交試驗簡介
        6.2.2 正交試驗設計
        6.2.3 正交試驗結(jié)果分析
    6.3 優(yōu)化方案結(jié)果分析
        6.3.1 核主泵入口流場優(yōu)化前后對比
        6.3.2 核主泵水力性能優(yōu)化前后對比
        6.3.3 核主泵水動力性能優(yōu)化前后對比
    6.4 本章小結(jié)
7 總結(jié)與展望
    7.1 總結(jié)
    7.2 主要創(chuàng)新點
    7.3 展望
參考文獻
作者簡介

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本文編號：2878593