為應(yīng)對(duì)能源緊缺,我國(guó)引進(jìn)了美國(guó)尚未得到工程應(yīng)用的第三代先進(jìn)壓水堆核電技術(shù)AP1000。AP.1000與其它核電堆型相比,將兩臺(tái)并聯(lián)的反應(yīng)堆冷卻劑泵(以下簡(jiǎn)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(dú)特的設(shè)計(jì)須全面評(píng)價(jià)核主泵與蒸汽發(fā)生器下封頭間的耦合效應(yīng)。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(duì)該耦合模型進(jìn)行了仿真計(jì)算,分別研究了蒸汽發(fā)生器下封頭對(duì)核主泵流場(chǎng)、水力性能及水動(dòng)力性能的影響。本文首先對(duì)蒸汽發(fā)生器下封頭和核主泵進(jìn)行流體域幾何建模和網(wǎng)格劃分,并通過(guò)網(wǎng)格無(wú)關(guān)性驗(yàn)證確定了合適的網(wǎng)格數(shù)量。穩(wěn)態(tài)計(jì)算時(shí),將縮尺泵的數(shù)值計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,結(jié)果表明,數(shù)值計(jì)算與試驗(yàn)結(jié)果取得了很好的一致性。瞬態(tài)計(jì)算時(shí),進(jìn)行了時(shí)間步長(zhǎng)無(wú)關(guān)性驗(yàn)證,最終確定時(shí)間步長(zhǎng)為葉輪旋轉(zhuǎn)1°所需的時(shí)間。其次,進(jìn)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(chǎng)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(dòng)靜葉交界處的壓力脈動(dòng)。此外,分析了入流畸變對(duì)核主泵水力和水動(dòng)力性能的影響。發(fā)現(xiàn)入流畸變降低了核主泵的揚(yáng)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(dòng)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(dòng)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(guò)對(duì)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(dòng)阻力較小。之后,本文根據(jù)正交試驗(yàn)的方法對(duì)三孔擋板進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。上述論文結(jié)果可為核主泵的安全運(yùn)行和進(jìn)水段的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考。
【學(xué)位單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2016
【中圖分類(lèi)】：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(fēng)機(jī)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?jī)?nèi)容
2 三維湍流流場(chǎng)數(shù)值計(jì)算理論
    2.1 CFD簡(jiǎn)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(lèi)型及網(wǎng)格劃分方法
        2.4.1 網(wǎng)格類(lèi)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(jì)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(dǎo)葉
        3.1.5 壓水室
    3.2 數(shù)值模擬分析過(guò)程
        3.2.1 邊界條件
        3.2.2 數(shù)值模擬參數(shù)設(shè)置
        3.2.3 網(wǎng)格無(wú)關(guān)性驗(yàn)證
        3.2.4 監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置和時(shí)間步長(zhǎng)無(wú)關(guān)性驗(yàn)證
    3.3 縮尺泵試驗(yàn)驗(yàn)證
        3.3.1 泵的相似理論
        3.3.2 試驗(yàn)介紹
        3.3.3 縮尺泵模擬值與試驗(yàn)值對(duì)比
    3.4 本章小結(jié)
4 入流畸變對(duì)核主泵流場(chǎng)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(duì)核主泵穩(wěn)態(tài)流場(chǎng)影響
        4.2.1 冷管側(cè)蒸汽發(fā)生器下封頭流場(chǎng)分析
        4.2.2 核主泵入口處穩(wěn)態(tài)流場(chǎng)分析
    4.3 流畸變對(duì)核主泵瞬態(tài)流場(chǎng)影響
        4.3.1 核主泵入口處瞬態(tài)流場(chǎng)分析
        4.3.2 核主泵葉輪處瞬態(tài)流場(chǎng)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(duì)核主泵水力及水動(dòng)力性能影響研究
    5.1 入流畸變對(duì)核主泵水力性能的影響
        5.1.1 H-Q曲線對(duì)比
        5.1.2 η-Q曲線對(duì)比
    5.2 入流畸變對(duì)核主泵軸向力的影響
        5.2.1 穩(wěn)態(tài)軸向力對(duì)比
        5.2.2 瞬態(tài)軸向力對(duì)比
    5.3 入流畸變對(duì)核主泵徑向力的影響
        5.3.1 穩(wěn)態(tài)徑向力對(duì)比
        5.3.2 瞬態(tài)徑向力對(duì)比
    5.4 不同工況下入流畸變對(duì)核主泵水動(dòng)力性能的影響
    5.5 本章小結(jié)
6 低入流畸變核主泵進(jìn)水段設(shè)計(jì)
    6.1 不同型式擋板對(duì)入流畸變的影響
    6.2 擋板結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)
        6.2.1 正交試驗(yàn)簡(jiǎn)介
        6.2.2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)
        6.2.3 正交試驗(yàn)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(chǎng)優(yōu)化前后對(duì)比
        6.3.2 核主泵水力性能優(yōu)化前后對(duì)比
        6.3.3 核主泵水動(dòng)力性能優(yōu)化前后對(duì)比
    6.4 本章小結(jié)
7 總結(jié)與展望
    7.1 總結(jié)
    7.2 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)
    7.3 展望
參考文獻(xiàn)
作者簡(jiǎn)介

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