反應堆主泵(RCP)是核電站(NPP)中最重要的組件之一。RCP位于核島的中心位置,屬于核安全一級設備。它是驅動冷卻劑循環(huán)來冷卻堆芯并將熱量從堆芯傳導到蒸汽發(fā)生器的設備。反應堆的正常運行和NPP冷卻劑泵的安全是非常重要的。RCP在高速,高壓,高溫以及放射性環(huán)境下運行。在設計主泵時,必須研究適當?shù)哪Ｐ秃瓦\行條件,因為RCP葉輪的葉片處于重載下,可能會導致泵失效(由于葉輪變形)。在RCP內部,流場顯示冷卻劑趨向于撞擊葉輪,并在葉片表面產(chǎn)生小的裂縫。計算RCP內的水力應力是一個重要的問題。因此,在運行條件下使用先進的數(shù)值模擬方法對泵的結構進行了模擬,以確保泵在正常工作條件下完美地運行。華龍1號NNP(福建省福清市)葉輪用于研究冷卻劑對RCP葉輪的影響。用于模擬冷卻劑對泵葉輪的影響的工具是SolidWorks 和 Ansys CFX。本文設計了反應堆冷卻劑泵葉輪的三維有限元模型。運用計算流體動力學以了解通過葉輪的流體流動和由流體施加的液壓。然后將這些壓力施加在葉輪上以查看葉輪的應力應變和變形。本文所做的工作可以總結如下。1.總結了世界各國對反應堆主泵的研究現(xiàn)狀。根據(jù)RCP(M310)葉輪的運行參數(shù)設計。2.利用SOLIDWORKS軟件建立葉輪三維模型,并將該模型應用于ANSYS中進行CFX網(wǎng)格劃分和CFD仿真。從CFX模擬中,創(chuàng)建了葉輪周圍的流場,并分析了流體施加在固體上的壓力。還討論了計算流體動力學的簡要理論,控制方程和湍流模型。3.簡要討論了有限元方法,并將CFX計算得到的壓力值導入葉輪上。4.結果表明:葉輪葉片邊緣發(fā)生最大變形。葉片和輪轂的連接處出現(xiàn)最大應力和應變。通過增加葉片根部厚度變形可以確定容易開裂的葉輪區(qū)域,可以減小應力和應變。
【學位單位】：華北電力大學(北京)
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TM623;TL353.1
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
CHAPTER 1.INTRODUCTION
    1.1 RESEARCH BACKGROUND AND SIGNIFICANCE
    1.2 LITERATURE REVIEW
    1.3 RESEARCH METHODOLOGY
        1.3.1 Fluid Structure Interaction (FSI)
    1.4 WORK OUTLINE
    1.5 ORGANIZATION OF THE THESIS
CHAPTER 2. REACTOR COOLANT PUMP
    2.1 PUMP
    2.2 CENTRIFUGAL PUMP
        2.2.1 Energy Transfer
    2.3 PUMPS IN NUCLEAR POWER PLANT
        2.3.1 Primary System Pump
        2.3.2 Secondary System Pump
    2.4 REACTOR COOLANT PUMP OF HUALONG
CHAPTER 3. COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS:BACKGROUND AND METHODOLOGY
    3.1 COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS
    3.2 ADVANTAGES OF CFD
    3.3 CONCEPT OF CFD
    3.4 PERFORMING A CFD ANALYSIS
        3.4.1 Pre-processing
        3.4.2 Processing
        3.4.3 Post processing
    3.5 PROBLEM-SOLVING WITH CFD
    3.6 CFD GOVERNING EQUATIONS
        3.6.1 Conservation Equations
        3.6.2 Equation of State
        3.6.3 Newton's Law of Viscosity (empirical relation for viscosity μ)
        3.6.4 Fourier's Second Law of Thermodynamics (empirical relation forthermal conductivity k
        3.6.5 General Transport Equation
        3.6.6 (RANS) Equations
    3.7 TURBULENCE MODELLING
    3.8 FINITE VOLUME METHOD
    3.9 DIFFERENCING SCHEMES
        3.9.1 Central Differencing Scheme
        3.9.2 Upwind Differencing Scheme
CHAPTER 4. COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS:MODELING,SIMULATION AND RESULTS
    4.1 WORKING WITH ANSYS CFX
    4.2 IMPELLER MODEL BUILDING
        4.2.1 Impeller Design
        4.2.2 Impeller Model
    4.3 MESHING
        4.3.1 Quality of Meshing
    4.4 CFX-PRE RUN DEFINING
        4.4.1 Fluid Domain Setup
        4.4.2 Solid Domain Setup
    4.5 RESULTS
CHAPTER 5. FINITE ELEMENT ANALYSIS: THEORY ANDRESULTS
    5.1 Finite Element Analysis
    5.2 STEPS FOR FEM
    5.3 STRESS SINGULARITY
    5.4 FEM ANALYSIS
        5.4.1 Building the model
        5.4.2 Material properties
        5.4.3 Boundary conditions and loads
    5.5 ANALYSIS SETTINGS
    5.6 RESULTS
        5.6.1 Effect of Fillet on Blade Root
CHAPTER 6. CONCLUSION AND FURTHER WORK
    6.1 FUTURE WORK
REFERENCES
ACKNOWLEDGEMENTS
PUBLICATIONS

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本文編號：2833885