核动力装置一回路水锤研究及仿真计算

论文摘要

水锤是管道压力突然变化、水及管道的压缩性引起的输水系统中冲击波压力对系统造成危害的现象。如果预料不及或处理不当将会导致管道剧烈震动,泵阀等设备被损坏,严重时整个系统管道断裂破坏,使流体输送中断。核动力装置一回路系统是核动力装置中最核心的部分,它是主冷却剂的循环回路。该回路中泵或阀的突然开启与关闭,管道的事故断裂等都有可能诱发水锤,可见对一回路系统进行水锤理论及水锤计算的研究是非常重要的课题。本课题以某核动力装置一回路水力特性实验装置为研究对象,深入研究水锤理论及其计算方法,探寻适合于本研究对象的数学仿真模型,然后对某些工况进行仿真计算。首先,给出水锤波速、压强计算公式、水锤计算的动力方程和连续方程的推导过程。通过和其它方程及方法进行对比分析,得到以上推导的方程相对来说是最适合的,同时得出数值解法中的特征线法是比较适合的方法。其次,结合核动力装置一回路的实际情况,给出各部件合理简化处理后的边界条件方程。最后,应用MATLAB仿真语言进行编程,对4个工况进行仿真计算,主要得到不同工况下管路的流量以及阀前后的压力随时间的变化情况。其中,1#泵高速启动的工况,1#阀和2#阀前后自身的压力波动幅度以及各自前后的最大压差均大于1#泵低速启动的工况;1#泵和2#泵交替启动的工况,阀前后自身压力波动范围以及前后最大压差均高于单泵启动的工况。其中1#泵低速启动,稳态运行后,1#泵停泵,同时2#泵高速启动工况,管路中1#阀前后压力波动幅度相对最大,水锤现象最明显。根据水锤发生的机理、仿真结果以及舰船和电厂的核动力装置的实际情况,给出一些如何预防或削弱核动力装置一回路水锤的建议,可为核动力装置一回路系统的优化设计及安全运行提供一定的技术支撑。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 国内外研究背景
• 1.3 本文的研究意义
• 1.4 本文的研究内容
• 第2章 水锤计算方程及计算方法研究
• 2.1 水锤压强和水锤波速的计算
• 2.1.1 水锤压强的计算
• 2.1.2 水锤波速的计算
• 2.2 水锤计算的基本方程
• 2.2.1 水锤计算的运动方程
• 2.2.2 水锤计算的连续方程
• 2.2.3 水锤计算基本方程的发展
• 2.3 水锤计算方法
• 2.3.1 解析法
• 2.3.2 图解法
• 2.3.3 数值解法
• 2.4 特征方程组的求解
• 2.5 有限差分化和求值过程
• 2.6 本章小结
• 第3章 核动力装置一回路水锤数学模型建立
• 3.1 一回路水锤仿真计算的基本方程和计算方法
• 3.2 对冲式止回阀的受力分析
• 3.2.1 圆锥螺旋弹簧的受力分析
• 3.2.2 对冲式止回阀的受力分析
• 3.3 初始条件和边界条件
• 3.3.1 主冷却剂泵的边界条件
• 3.3.2 阀门的边界条件
• 3.3.3 主冷却剂泵和泵口阀的边界条件
• 3.3.4 管道分支的边界条件
• 3.3.5 集中流容的边界条件
• 3.3.6 阻力件的边界条件
• 3.4 本章小结
• 第4章 计算机仿真及程序说明
• 4.1 计算机仿真的特点及应用
• 4.1.1 特点
• 4.1.2 应用
• 4.2 计算机仿真的方法及一般模式
• 4.3 仿真程序中的要点
• 4.4 管道的分段
• 4.4.1 管道合理分段的方法
• 4.4.2 分段数对计算的影响
• 4.5 时间和空间网格的划分
• 4.6 本章小结
• 第5章 仿真结果及分析
• 5.1 仿真结果及分析
• 5.2 预防或削弱核动力装置水锤的建议
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢