混流式核主泵模型水力性能优化及内部流动研究

发布时间：2017-09-18 22:45

  本文关键词：混流式核主泵模型水力性能优化及内部流动研究

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【摘要】：核主泵是核岛内唯一的高速旋转设备,有核岛心脏之称。核主泵是核电站中耗能的主要设备,因而研究高效的核主泵水力模型以提高实型核主泵的效率有很大的节能意义。我国目前对混流式核主泵的研发尚处于起步阶段,高效的混流式核主泵水力模型很少。因而研究混流式核主泵过流部件几何参数、结构型式等因素对其水力性能的影响,设计出高效的混流式核主泵水力模型将极大地推动核主泵国产化进程。叶轮叶片出口段形状,导叶的结构型式(导叶叶片厚度、叶片出口段形状、叶片分布方式等),叶轮与导叶、球壳的匹配关系对泵的性能和内部流动都有着非常重要的影响。本文以一台自行设计的核主泵模型泵为研究对象,通过CFD数值计算研究了叶轮叶片出口段形状、导叶叶片出口段形状、导叶叶片厚度、不同结构导流体对模型泵水力性能的影响,以获得较好能量性能的模型泵。开展的主要工作和获得成果如下:1.基于混流泵叶轮设计原理,结合速度系数法运用CFturbo软件设计了核主泵叶轮,并对模型叶轮进行三维造型、网格划分和数值模拟计算。2.为提高模型叶轮的水力效率,设计了不同叶片出口段形状的叶轮,并分析了叶轮出口相对速度分布和叶片压力载荷分布情况,结果表明:当仅对叶片工作面进行修圆时,叶轮具有较好的水力性能。3.为探讨径向导叶对模型泵水力性能的影响,设计了不同叶片出口段形状、不同叶片厚度的导叶方案。通过CFD数值计算研究了主泵内部流动情况,结果表明:对导叶叶片出口段进行修圆,整泵水力效率值变化不大;在一定范围内,整泵水力效率值随着导叶叶片厚度的减小而增大;导叶叶片最厚处位置变化对整泵水力性能的影响较小。4.为探讨不同结构导流体对模型泵水力性能的影响,设计了不同直径、不同扩散角的导流环和不同叶片分布方式的导叶,通过CFD数值计算研究了主泵内部流动情况。结果表明:对于只加导流环、导叶叶片对称布置的导流体模型泵,当导流环方案为L=15mm、θ=15?时,模型泵水力效率值最高;对于不加导流环、导叶叶片非对称布置的导流体模型泵,模型泵的水力效率值随着γ1的增大呈现先增大后减小的趋势。当γ1取24?时,模型泵水力性能最好;对于加导流环、导叶叶片非对称布置的导流体模型泵,当导流环方案:L=15mm、θ=15?、导叶叶片布置方案γ1=24?时,模型泵水力效率值最高。
【关键词】：核主泵 混流叶轮 导流体 能量性能 内部流动
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM623;TH313
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 绪论11-17
• 1.1 研究背景、目的及意义11-13
• 1.2 核主泵过流部件研究进展13
• 1.3 混流式核主泵内部流动及其控制研究进展13-16
• 1.3.1 国外研究现状14
• 1.3.2 国内研究现状14-16
• 1.4 论文的主要研究内容16-17
• 第二章 计算流体动力学和内流分析基本理论简介17-25
• 2.1 计算流体动力学概述17-18
• 2.1.1 CFD基本思想17
• 2.1.2 CFD技术应用17-18
• 2.2 湍流数值计算方法18-23
• 2.2.1 湍流流动特征与控制方程18-19
• 2.2.2 控制方程的离散19-20
• 2.2.3 湍流的数值模拟计算方法20-22
• 2.2.4 边界条件和初始条件22-23
• 2.3 CFD的工作流程及网格划分23-25
• 第三章 模型叶轮水力设计与优化25-36
• 3.1 叶轮的水力设计及数值计算25-28
• 3.1.1 模型泵参数及设计25-26
• 3.1.2 模型叶轮三维造型及网格划分26-27
• 3.1.3 控制方程及计算方法27
• 3.1.4 边界条件27-28
• 3.2 叶片出口段形状对叶轮水力性能的影响28-35
• 3.2.1 模型叶轮相关尺寸28
• 3.2.2 叶片出口段形状设计方案28-30
• 3.2.3 叶轮水力性能计算结果分析30-32
• 3.2.4 叶轮出口相对速度分布分析32-34
• 3.2.5 叶片压力载荷分布分析34-35
• 3.3 本章小结35-36
• 第四章 径向导叶对模型泵水力性能的影响36-52
• 4.1 径向导叶的设计36-39
• 4.1.1 导叶模型相关尺寸36-37
• 4.1.2 三维建模及网格划分37-39
• 4.2 导叶叶片出口段形状对模型泵水力性能的影响39-43
• 4.2.1 导叶叶片出口段形状设计方案39-40
• 4.2.2 水力性能计算结果分析40-42
• 4.2.3 湍动能分布42
• 4.2.4 D-D截面上速度分布42-43
• 4.3 导叶叶片厚度对模型泵水力性能的影响43-51
• 4.3.1 导叶叶片厚度分布方案43-48
• 4.3.1.1 水力性能计算结果分析44-45
• 4.3.1.2 导叶叶片上压力分布45-46
• 4.3.1.3 湍动能分布46-47
• 4.3.1.4 D-D截面上速度分布47-48
• 4.3.2 导叶叶片厚度从前盖板到后盖板分布方案48-51
• 4.3.2.1 水力性能计算结果分析48-49
• 4.3.2.2 导叶叶片上压力分布49-50
• 4.3.2.3 湍动能分布50-51
• 4.3.2.4 D-D截面上速度分布51
• 4.4 本章小结51-52
• 第五章 不同结构导流体对模型泵水力性能的影响52-61
• 5.1 基本参数、导流环和非对称导叶的设计方案52-54
• 5.1.1 基本参数52-53
• 5.1.2 导流环设计方案53
• 5.1.3 非对称导叶设计方案53-54
• 5.1.4 三维建模及网格划分54
• 5.1.5 控制方程及边界条件54
• 5.2 不同结构导流体对模型泵水力性能的影响54-60
• 5.2.1 导流环几何参数对模型泵水力性能的影响54-56
• 5.2.2 导叶叶片布置方式对模型泵水力性能的影响56-57
• 5.2.3 导流环和导叶叶片布置方式不同组合对模型泵水力性能的影响57-58
• 5.2.4 各方案内部流动分析58-60
• 5.3 本章小结60-61
• 第六章 总结与展望61-64
• 6.1 研究工作总结61-62
• 6.2 研究工作展望62-64
• 参考文献64-67
• 攻读硕士学位期间取得的相关研究成果67-68
• 学术论文67
• 发明专利67
• 参加的科研项目67-68
• 致谢68

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本文编号：877975