卡轴事故工况下核主泵流固耦合瞬变特性研究

发布时间：2022-12-05 23:24

　　安全可靠性是核电站安全运行的首要因素之一。核主泵作为反应堆冷却剂系统（RCP系统）中主要承压设备和唯一的动力旋转机械,被誉为RCP系统的“心脏”,对其安全可靠运行、事故工况下的缓解发挥着重要作用。为了极大限度地保障核电站的安全,必须要确保核主泵在满足正常运行的同时经受得住各类极限事故工况的考验。核主泵卡轴事故是一种典型极限事故工况,对回路系统及核主泵均会产生巨大的影响,轻则会对设备和系统造成不可逆转的损坏,严重时会出现燃料棒偏离泡核沸腾（DNB）、堆芯烧毁、引发大面积核泄露,给人类和环境带来毁灭性的灾难。因此,卡轴事故工况下核主泵的水动力及结构动力特性研究具有重要的工程意义和学术价值。本文以AP1000核主泵为研究对象,采用理论分析、试验研究和双向流固耦合计算相结合的方法对核主泵水动力及结构动力特性进行研究,重点总结分析了卡轴事故下核主泵四象限跨域过渡过程,探索了事故下核主泵瞬变流动与结构间的耦合变化规律,为核主泵设计与制造提供参考。主要研究内容如下:1.针对卡轴事故工况的特殊性,专门设计搭建了一套适用于卡轴事故瞬态试验测试系统,以AP1000核主泵模型样机为研究对象进行卡轴事故工况下... 

【文章页数】：93 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
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第一章 绪论
    1.1 课题研究背景
    1.2 核主泵事故工况的分类
    1.3 国内外核主泵研究现状
        1.3.1 核主泵事故工况研究
        1.3.2 泵瞬态特性研究
        1.3.3 流固耦合在核主泵中的研究应用
    1.4 本课题研究的主要内容
        1.4.1 课题来源
        1.4.2 主要研究内容
第二章 流固耦合数值计算理论基础
    2.1 计算流体力学基础
        2.1.1 流体控制方程
        2.1.2 离散方法
        2.1.3 湍流模型
    2.2 结构动力学控制方程
    2.3 流固耦合求解方法
        2.3.1 耦合界面边界条件
        2.3.2 任意拉格朗日欧拉方法
        2.3.3 流固耦合求解策略
    2.4 本章小结
第三章 核主泵卡轴事故工况下瞬态特性试验研究
    3.1 试验系统的设计搭建
        3.1.1 试验目的
        3.1.2 试验系统设计
    3.2 试验方案
    3.3 卡轴瞬态试验结果分析
        3.3.1 瞬态流量演化规律
        3.3.2 瞬态转速演化规律
        3.3.3 瞬态扭矩演化规律
        3.3.4 瞬态扬程曲线特性
        3.3.5 核主泵卡轴事故四象限瞬变过渡过程
        3.3.6 稳态工况下核主泵压力脉动分析
        3.3.7 卡轴事故工况下核主泵压力脉动分析
    3.4 本章小结
第四章 稳态工况下核主泵双向流固耦合特性
    4.1 核主泵模型及相关设置
        4.1.1 核主泵模型技术背景
        4.1.2 核主泵固体域与流体域三维造型
        4.1.3 核主泵固体域与流体域网格划分
        4.1.4 约束及边界条件设置
    4.2 核主泵在有无预应力下的模态分析
    4.3 流固耦合作用对核主泵水动力特性的影响
        4.3.1 试验结果对比
        4.3.2 流固耦合作用对外特性的影响
        4.3.3 流固耦合作用对内流场的影响
    4.4 双向流固耦合作用下叶轮转子应力变形分析
        4.4.1 叶轮转子应力总体分布
        4.4.2 双向耦合作用下叶轮转子变形总体分布
        4.4.3 叶片进出口边动应力分析
    4.5 本章小结
第五章 卡轴事故下核主泵流固耦合瞬变水力特性
    5.1 卡轴瞬态事故工况下流固耦合计算模型的建立
        5.1.1 边界条件数学模型
        5.1.2 流体域监测点命名规则说明
    5.2 卡轴瞬态耦合结果与试验对比分析
    5.3 不同卡轴条件下卡轴事故瞬态模型
    5.4 核主泵卡轴事故过渡过程非稳态扬程瞬态效应分析
    5.5 核主泵卡轴事故瞬态过渡过程瞬变流动分析
        5.5.1 泵内瞬态湍动能及涡量分析
        5.5.2 泵内瞬态压力变化
    5.6 AP1000核主泵卡轴事故工况下内流场能量过渡
    5.7 本章小结
第六章 卡轴事故下核主泵流固耦合瞬变结构载荷特性
    6.1 核主泵卡轴事故过程叶轮瞬态径向和轴向载荷
        6.1.1 卡轴事故过程叶轮瞬态径向载荷分析
        6.1.2 卡轴程度对瞬态轴向载荷的影响
    6.2 卡轴事故下叶轮典型区应力分布及随时间演化规律
        6.2.1 叶片前盖板出口外周交线动应力分布
        6.2.2 叶片根部动应力分布
        6.2.3 叶片进出口边动应力分布与转移
    6.3 卡轴事故过渡过程典型位置瞬态动应力规律
    6.4 本章小结
第七章 总结与展望
    7.1 研究结果总结
    7.2 工作展望
参考文献
致谢
攻读硕士期间发表的学术论文及工作内容
    一、论文成果
    二、部分授权及受理专利
    三、获奖情况
    四、参加科研项目


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于双向流固耦合的核主泵叶轮力学特性[J]. 钟伟源,朱荣生,王秀礼,卢永刚,刘永,康俊鋆.  排灌机械工程学报. 2018(06)
[2]核能发电的优势与发展前景[J]. 汤旸.  科技展望. 2016(28)
[3]世界核电史三次严重事故的反思[J]. 郑钧正.  辐射防护通讯. 2016(03)
[4]预应力下矿用抢险排水泵转子部件湿模态计算[J]. 曹卫东,刘冰,张忆宁,刘光辉.  排灌机械工程学报. 2016(06)
[5]核能的公众接受度与影响因素分析[J]. 韩自强,顾林生.  中国人口·资源与环境. 2015(06)
[6]核能公众接受性研究进展及发展趋势[J]. 李锦彬,房超,曹建主.  核安全. 2014(04)
[7]基于流固耦合的核主泵汽蚀动力特性研究[J]. 王秀礼,卢永刚,袁寿其,朱荣生,付强.  哈尔滨工程大学学报. 2015(02)
[8]失水事故工况下核主泵气液两相瞬态流动特性[J]. 付强,袁寿其,朱荣生,王秀礼.  华中科技大学学报(自然科学版). 2013(09)
[9]1000MWe核反应堆冷却剂泵多场耦合特性分析[J]. 朱荣生,郑宝义,王秀礼,李小龙,付强.  原子能科学技术. 2013(05)
[10]1000MW核主泵失水事故工况下气液两相流分析[J]. 朱荣生,郑宝义,袁寿其,付强,王秀礼.  原子能科学技术. 2012(10)

博士论文
[1]离心泵瞬态水力激振流固耦合机理及流动非定常强度研究[D]. 裴吉.江苏大学 2013
[2]斜流泵启动过程瞬态非定常内流特性及实验研究[D]. 李伟.江苏大学 2012

硕士论文
[1]小破口卡轴事故工况下AP1000核主泵水动力特性分析[D]. 刘永.江苏大学 2017
[2]超低比转速离心泵瞬态过程特性研究[D]. 邵昌.江苏大学 2016
[3]基于RELAP5-HD的先进压水堆仿真研究[D]. 向小芹.哈尔滨工程大学 2014
[4]AP1000核主泵流固耦合数值分析及动静叶匹配研究[D]. 张野.大连理工大学 2012
[5]核主泵过流部件水力设计与内部流场数值模拟[D]. 秦杰.大连理工大学 2010
[6]核主泵地震谱响应及转子临界转速分析[D]. 周文霞.上海交通大学 2010
[7]高比转速混流泵内部流场数值模拟与性能预测[D]. 刘琦.江苏大学 2006
[8]基于ALE方法求解流固耦合问题[D]. 王学.国防科学技术大学 2006



本文编号：3710567