基于Taguchi方法的ACP100集成式堆顶冷却风管结构优化
发布时间：2021-09-02 07:03
ACP100集成式堆顶结构冷却风管采用了与"华龙一号"（HPR1000）相近的流线型对称式布置结构。为了对该冷却风管进行结构优化,改善其通风性能,提高设计效率,提出了一种基于Taguchi方法的结构优化方法。对ACP100冷却风管方案进行物理建模,筛选出了影响冷却风管性能的独立可控的结构因素和合适水平。使用Taguchi方法进行试验设计,利用L9（34）正交表制订了9组试验方案。在Fluent 14.5中选择Realizable k-ε方程,并参考实际工况设置边界条件。对各试验风管的方案进行数值模拟,比较不同方案下的流场特性和压降。在Minitab 17中采用Taguchi望小特性法计算信噪比,得到了各因素对风管压降的影响程度排秩和最优的因素水平组合方案。在Fluent 14.5中使用相同的边界条件和求解器设置对最优因素水平组合方案进行模拟验证。最终证实了该风管结构具备比其他方案更低的压降、较好的流场分配能力和更小的重心偏心量,是替代ACP100集成式堆顶结构冷却风管的优良选择。
【文章来源】：中国核电. 2020,13(06)
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
ACP100集成式堆顶结构示意图
图2所示的是ACP100集成式堆顶的冷却风管模型图。冷却风管外形结构是以出风管口中心线为轴对称的壳体,分为底层、中层和顶层三层流道。4个进风口跨中均布在同一平面上。冷却空气从进风口沿竖直方向向上进入风管流道,并沿着风管形状流动。风管中的三层流道逐渐合并,冷却空气最终在风管顶部汇聚,从出风口排出。为了便于后续CFD建模,将出风管路合理延长,确保数值模拟过程中流场充分发展。冷却空气通过风管后的压降是衡量其性能的重要指标,在保证通风量满足CRDM线圈散热要求的前提下,尽可能地减少冷却风阻,可以有效地提高堆顶的经济性能。
由于冷却风管隶属于集成式堆顶冷却系统,结构优化应在不影响相关外部接口的前提下进行。故冷却风管外形尺寸、进风口尺寸与位置、出风口尺寸与位置应保持不变,不能作为Taguchi方法的可控因素。同时,选择的因素应相互独立,具备非相关性。如图3所示,建立空间坐标轴,选取中层流道中心线角度坐标α,中层流道宽度L,中层流道高度H,出风口接管圆角半径r作为可控因素,各因素及水平的选择见表1。其中,case1冷却风管为ACP100集成式堆顶结构中采用的风管结构。表1 冷却风管因素、水平选择表Table 1 Selection of factors and levels for cooling vent 因素 符号 水平 1 2 3 中层流道中心线角度坐标 α 90° 75° 105° 中层流道宽度/mm L 780 600 900 中层流道高度/mm H 550 800 300 出风口接管圆角半径/mm r 0 200 400
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于田口方法铝合金电子束焊接工艺参数优化[J]. 张启明,姜银松,胡静,田跃军,郭克伟,邵真贵,杨晗,任向远. 压力容器. 2018(03)
[2]ACP100集成式堆顶结构可压缩气体对流传热数值模拟[J]. 何培峰,许斌,罗英,余豪,马梓淇,孙善文,周进雄. 核技术. 2016(10)
[3]田口法在内置式永磁同步电机优化设计中的应用[J]. 王艾萌,温云. 华北电力大学学报(自然科学版). 2016(03)
[4]基于Taguchi方法的曲面底板LED阵列重影问题研究[J]. 史晨阳,文尚胜,陈颖聪. 发光学报. 2015(06)
[5]M310堆顶冷却结构流场和温度场数值仿真[J]. 余志伟,何培峰,李燕,谢永奇,宋俊. CAD/CAM与制造业信息化. 2014(07)
[6]CAP1000一体化堆顶组件风冷系统流场分析[J]. 于浩,张明,冯少东,郝国锋,翁羽. 核技术. 2013(04)
[7]田口方法与稳健性设计[J]. 刘国兴,任世彬. 电工电气. 2010(10)
本文编号：3378556
【文章来源】：中国核电. 2020,13(06)
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
ACP100集成式堆顶结构示意图
图2所示的是ACP100集成式堆顶的冷却风管模型图。冷却风管外形结构是以出风管口中心线为轴对称的壳体,分为底层、中层和顶层三层流道。4个进风口跨中均布在同一平面上。冷却空气从进风口沿竖直方向向上进入风管流道,并沿着风管形状流动。风管中的三层流道逐渐合并,冷却空气最终在风管顶部汇聚,从出风口排出。为了便于后续CFD建模,将出风管路合理延长,确保数值模拟过程中流场充分发展。冷却空气通过风管后的压降是衡量其性能的重要指标,在保证通风量满足CRDM线圈散热要求的前提下,尽可能地减少冷却风阻,可以有效地提高堆顶的经济性能。
由于冷却风管隶属于集成式堆顶冷却系统,结构优化应在不影响相关外部接口的前提下进行。故冷却风管外形尺寸、进风口尺寸与位置、出风口尺寸与位置应保持不变,不能作为Taguchi方法的可控因素。同时,选择的因素应相互独立,具备非相关性。如图3所示,建立空间坐标轴,选取中层流道中心线角度坐标α,中层流道宽度L,中层流道高度H,出风口接管圆角半径r作为可控因素,各因素及水平的选择见表1。其中,case1冷却风管为ACP100集成式堆顶结构中采用的风管结构。表1 冷却风管因素、水平选择表Table 1 Selection of factors and levels for cooling vent 因素 符号 水平 1 2 3 中层流道中心线角度坐标 α 90° 75° 105° 中层流道宽度/mm L 780 600 900 中层流道高度/mm H 550 800 300 出风口接管圆角半径/mm r 0 200 400
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于田口方法铝合金电子束焊接工艺参数优化[J]. 张启明,姜银松,胡静,田跃军,郭克伟,邵真贵,杨晗,任向远. 压力容器. 2018(03)
[2]ACP100集成式堆顶结构可压缩气体对流传热数值模拟[J]. 何培峰,许斌,罗英,余豪,马梓淇,孙善文,周进雄. 核技术. 2016(10)
[3]田口法在内置式永磁同步电机优化设计中的应用[J]. 王艾萌,温云. 华北电力大学学报(自然科学版). 2016(03)
[4]基于Taguchi方法的曲面底板LED阵列重影问题研究[J]. 史晨阳,文尚胜,陈颖聪. 发光学报. 2015(06)
[5]M310堆顶冷却结构流场和温度场数值仿真[J]. 余志伟,何培峰,李燕,谢永奇,宋俊. CAD/CAM与制造业信息化. 2014(07)
[6]CAP1000一体化堆顶组件风冷系统流场分析[J]. 于浩,张明,冯少东,郝国锋,翁羽. 核技术. 2013(04)
[7]田口方法与稳健性设计[J]. 刘国兴,任世彬. 电工电气. 2010(10)
本文编号：3378556
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/hkxlw/3378556.html
