AP1000核主泵优化设计及全特性数值模拟.pdf

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1、API000核主泵优化设计及全特性数值模拟API000ReactorCoolantPumpOptimalDesignandCompleteCharacteristicsNumericalSimulation专业名称江苏大学2014年06月独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的内容以外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果，也不包含为获得江苏大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。对本文的研究做出重要贡献

2、的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：越云阳1中年。伯口(7日I愀53螋7㈣Y2苎‘955学位论文版权使用授权书江苏大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期刊(光盘版)电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致，允许论文被查阅和借阅，同时授权中国科学技术信息研究所将本论文编入《中国学位论文全文数据库》并向社会提供查询，授权中国学术期刊

3、(光盘版)电子杂志社将本论文编入《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》并向社会提供查询。论文的公布(包括刊登)授权江苏大学研究生处办理。本学位论文属于不保密口。学位论文作者签名：越云刃l中年．，历月oC7日指导教师签名：习睨伽f笋年6月夕日江苏大学硕士学位论文摘要核主泵是核电站一回路系统中唯一旋转设备，也是最关键的核动力设备之一。在失水事故工况下，核主泵呈现一个复杂的瞬变流动状态，使主泵运行条件恶化，甚至丧失冷却堆芯的功能，发生失水事故瞬变过渡过程时，流动突变导致压力突变，形成压力波沿主泵内壁传播，使其

4、受到瞬时高低压的冲击。核主泵在失水事故复杂工况下运行可靠是其性能考核的重要指标。本文运用数值模拟与试验研究相结合的方法，分别进行了APl000核主泵CFD软件设置对比分析、导叶的正交优化设计、泵壳断面形状优化设计、叶轮高效设计、核主泵小流量工况特性、泵的性能试验、核主泵全特性研究，模型泵换算成实型泵的效率达到83％。主要研究内容及成果如下：1．介绍了控制方程、离散方法、湍流模型、边界条件、网格划分等数值模拟基础理论，采用Workbench软件对泵过流部件进行非结构化网格划分，对CFD设置进行了单相定常

5、计算比较，确定了合适的参数设置。2．应用数值模拟和正交实验结合的方法，分别研究了导叶几何参数如导叶出口中心轴向长度S、导叶包角纵导叶出口安放角a4、导叶出口宽度b4、导叶尾缘厚度赴、叶轮导叶平行间隙尺。和导叶出口半径尺4对模型泵性能的影响，综合考虑，可以找出兼顾各方面最优指标的最优参数组合：s=490mm、p=360、a4=300、b4=200mm、62=20mm、Rt=5mm、R4=565mm。3．在泵壳过流断面面积不变情况下，对三种过流断面形状的主泵的外特性、水力损失分布、内部流场进行分析，泵壳过

6、流断面面积相近时，虽然断面形状变窄对主泵的性能略有提高，但并不明显，考虑到核主泵在受应力时的安全要求，建议采用宽型断面形状的泵壳。4．分别研究了主泵叶轮主要几何参数(叶片包角、不同叶轮进口边位置)对核主泵性能的影响，通过对比分析选取100。包角和进口边位置b。5．对APl000核主泵在0．2Q-o．6Q小流量工况下进行非定常数值计算，得到泵内部流场和各工况监测点的压力脉动，并将时域信号进行快速傅里叶变换为频域信号，结合小流量工况下核主泵内部流场分析，揭示核主泵小流量非定常流动诱发压力脉动原因。APl0

7、00核主泵优化设计及全特性数值模拟6．对APl000核主泵实型泵水力部件优化设计，将优化后的实型泵缩小成模型泵，通过试验研究对前期计算结果进行验证分析，验证了水力设计的可靠性，应用CFD软件进行核主泵的数值模拟具有一定的准确度和可靠度。7．对核主泵失水事故时复杂工况的全特性进行研究，分析了四象限工况下的核主泵全特性曲线变化规律，叶轮、叶片、前后盖板的扭矩曲线变化规律，及叶轮、叶片、前后盖板的轴向力曲线。关键词：核主泵，水力优化设计，正交试验，小流量特性，全特性，性能试验江苏大学硕士学位论文ABSTRA

8、CTNuclearreactorcoolantpumpistheonlyonerotatingequipmentinfirstloopsystemofnuclearpowerplant，andisoneofthemostcriticalequipment．InLOCAconditions，nuclearreactorcoolantpumppresentscomplextransientflowconditions，whichmakethepumpoper