基于ANSYS的高温熔盐泵应力分析与结构优化

高温熔盐泵是钍基熔盐仿真堆(Thorium Molten Salt Reactor-Solid Fuel,TMSR-SF0)一回路系统的关键设备,设计温度高达700°C,其结构完整性对反应堆安全运行至关重要。针对TMSR-SF0高温熔盐泵泵罐初始平封头设计方案应力过大问题,提出了三角形、单井形及双井形三种筋板优化方案,研究了筋板间距对双井方案泵罐应力的影响,制定了泵罐的最终设计方案,按照美国机械工程师协会(American Society of Mechanical Engineers,ASME)标准第III卷第5册对其进行了评定。结果表明:三种方案均可大幅降低泵罐应力水平,双井方案最优,单井方案次之,三角形方案最差;泵罐最终设计方案为双井方案,此方案可使泵罐应力由413.4 MPa下降至65.4 MPa,应力降幅高达84.2%,并通过了ASME标准评定。     

TMSR-LF1停堆系统高温螺栓连接结构应力松弛分析与结构安全评定

钍基熔盐液态堆(Thorium Molten Salt Reactor-Liquid Fuel 1,TMSR-LF1)停堆系统螺栓连接结构服役环境约在650°C的高温区域,连接结构包括三种材质的构件;升温过程热膨胀以及高温下寿期内的蠕变效应,对螺栓的预紧力都有很大影响。本文采用ANSYS程序,对TMSR-LF1停堆系统高温螺栓连接结构,在预紧载荷及热膨胀组合作用下的结构进行了应力分析和寿期内蠕变应力松弛分析。考虑从常温升高至工作温度的过程中,连接结构件由于使用不同材料,其热膨胀差导致预紧力发生变化的过程;着重研究分析运行寿期内螺栓结构材料的高温蠕变,所引起应力松弛的变化规律,及其对螺栓连接结构预紧力的影响;并根据ASME-III-5-HBB规范对螺栓进行力学分析和应力评定,论证该螺栓连接件全寿期内结构安全可靠。     

钍基核能系统熔盐泵液下轴承偏心率对支撑特性的研究分析

随着钍基熔盐堆核能系统(Thorium Molten Salt Reactor Nuclear Energy System,TMSR)由实验堆向研究堆、示范堆及商用堆发展,其轴系演变为由液下轴承支承的细长柔性转子结构。高温熔盐泵是钍基核能系统的主要动力部件,是TMSR的心脏设备。熔盐泵的运行稳定性和可靠性取决于液下轴承的支撑特性。本文采用数值模拟对液下轴承进行理论计算分析,并结合试验研究了不同偏心率对液下轴承支撑特性的影响。结果显示:随着转速增大,液下轴承的偏心率不断减小;随着偏心率的增大,液下轴承支撑的正交刚度和阻尼不断增大,交叉刚度和阻尼的数值也不断增大,液下轴承的最小液膜厚度不断减小。当偏心率大于0.6时,由于最小液膜厚度较薄,液下轴承的压力以零和零梯度结束。此时液下轴承在实际运转中存在液膜失效导致液下轴承磨损严重,此结果在试验中得到了验证。本文研究成果为超高温长轴熔盐泵液下轴承的设计提供了理论指导和试验数据支撑。     

矩形和圆形微通道内流体流动特性的实验研究

流体在微米级通道中的流动规律与常规通道不同,其区别主要体现在摩擦因子、转捩雷诺数和泊肃叶数等方面。针对上述问题,实验研究了水在水力直径为167~195 m矩形硅通道和水力直径为168~399 m圆形玻璃微管中的流动特性。结果表明,对水力直径为167~195 m的矩形通道,其转捩雷诺数发生在1 300~1 480;对水力直径为168~399 m的圆形通道,其转捩雷诺数位于2 600~2850,且二者的摩擦因子和泊肃叶数与理论值基本一致,这说明了微通道的形状对流动阻力特性没有明显影响。通道S-3的长径比为173,其入口段长度比常规管道入口段略长,说明微通道的入口效应较明显。实验测量了微通道的局部阻力压降随流量变化的关系。结果表明,突变微通道内水流动的局部阻力符合常规理论曲线。     

非极性流体在微通道内的阻力特性分析

研究非极性流体在微通道内的流动特性。采用的微流动实验台通过测量不同极性液体流过矩形截面微通道中流量与压力,分析了不同极性流体的阻力特性。结果表明:对分子量较小的极性液体,微通道内流量-压差关系符合Hagen-Poiseuille定律,连续介质模型仍适用于微米尺度微通道;对分子量较大的非极性液体,常规理论在预测微通道内流量-压差、摩擦阻力系数-雷诺数关系时存在较大误差,须进行修正。     

土壤-结构相互作用下的TMSR-LF1厂房楼层反应谱分析

核反应堆厂房的楼层反应谱对整个反应堆系统的抗震分析与设计具有重要意义.本文旨在得到2 MW液态燃料钍基熔盐实验堆(Thorium Molten Salt Reactor-Liquid Fuel 1,TMSR-LF1)的准确楼层反应谱.采用ANSYS有限元分析软件建立梁、板壳、实体三种单元混合的三维有限元模型,通过直接法...     

不同工质对高温熔盐屏蔽泵水力优化设计的影响研究

作为核能创新技术,高温熔盐屏蔽泵（简称熔盐屏蔽泵）可用于第四代熔盐反应堆,通过水力优化设计提升泵的水力性能对第四代核电技术的发展有重要意义。本文利用ANSYS CFX软件对熔盐屏蔽泵进行数值模拟,基于响应面法（Response Surface Methodology,RSM）建立了显著参数与优化目标之间的近似模型,以效率和扬程为优化目标,通过第二代非支配排序遗传算法（Non-dominated Sorting Genetic AlgorithmⅡ,NSGA-Ⅱ）分别对熔盐屏蔽泵开展熔盐和水工质下的水力优化设计。结果表明：相比于水工质,熔盐工质下泵的优化空间更大;两种工质下的优化模型效率相同时,熔盐优化模型叶轮进口直径和叶片出口安放角较小,叶轮出口宽度和导叶喉部平面宽度较大;与初始模型相比,熔盐优化模型效率提高了1.26%,扬程提高了1.40%,水优化模型效率提高了0.92%,扬程降低了0.64%。研究成果可用于指导熔盐屏蔽泵的水力结构设计。