核电厂热管段与大型风电机组叶片有限元分析

摘要

随着人们的环保意识日益增长以及政府的环保要求日益严格，并伴随着一系列环保政策的出台，中国的清洁能源产业飞速发展。清洁能源发电设备的设计制造是产业基础、重中之重，对清洁能源发电设备重要部件的模拟计算是十分必要与有效的指导与检验手段。
　　本文基于ANSYS Workbench有限元分析软件分别对AP1000反应堆热管段及大型风电机组叶片进行模拟计算。二者皆是十分重要的设备部件:反应堆冷却剂管道热管段内所运输的冷却剂为高温高速流体并且可能含有从反应堆带来的放射性物质，所以热管段是冷却剂管道的核心部件，校核其能否安全运行十分必要;叶片是风电机组最为关键的部件之一，叶片、轮毂组成的风轮使风能转变为机械能，同时叶片又是风力的主要承载部件，叶片的形状与性能是整个风电机组的安全高效运行的关键。对叶片进行静态分析可为结构改进和优化设计提供可靠的依据。
　　以有限元软件ANSYS Workbench对某款已应用于风场的2MW大型风电机组叶片进行精确建模后做静力学模拟计算，计算结果表明:在可能受到的最大载荷作用下，该叶片有限元模型计算结果在安全范围内。相对来说，叶片在梁和后缘部位应力较大，危险性更高。
　　本文以有限元软件ANSYS Workbench对AP1000反应堆热管段进行热-流-固耦合分析与流-固耦合对比分析，分别计算工况下管内流体的压力流速分布，管壁的应力和应变以及变形。发现以热-流-固耦合计算的热管段最大变形量比流-固耦合计算的结果高两个数量级;以热-流-固耦合计算的热管段中冷却剂的最小流速约9.27m/s，而流-固耦合的结果中沿着热管段管壁处为最小速度，其速度几乎为零。而热-流-固耦合计算的热管段应变、应力、冷却剂流速的分布近似等于流-固耦合的相应结果。另外，模拟AP1000热管段在工况下的疲劳振动，结果显示其符合热疲劳设计要求。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．1．1 风力发电的优势与发展过程

1．1．2 风力机叶片的重要性与结构

1．1．3 核电的优势与发展历程

1．1．4 热管段在核电管道中的重要性

1．2 国内外研究现状

1．2．1 风电叶片部分

1．2．2 核电热管段部分

1．3 本文主要研究内容

1．4 论文的创新点

第二章 有限元分析与疲劳计算理论

2．1 有限元思想

2．2 ANSYS-Workbench有限元软件简介

2．3 ACP模块简介

2．4 有限元计算方法

2．4．1 有限元方法计算应力

2．4．2 模态分析理论

2．4．3 CFD数值分析与热-流-固耦合分析

2．5 物理模型

2．5．2 k-ω湍流模型

2．5．3 壁面函数模型

2．5．4 CFD数值分析的求解过程

2．6 基于PSD谱的频域分析方法与疲劳计算理论

第三章 风电机组叶片的有限元计算

3．1 叶片模型的建立及有限元方法

3．2 叶片网格划分方法

3．3 施加载荷与约束

3．4 叶片模拟计算

3．4．1 叶片变形分析结果

3．4．2 叶片应力分析结果

3．4．3 叶片剪力分析结果

3．5 本章小结

第四章 AP1000热管段的有限元分析

4．1．1 热管段的建模与计算

4．2．2 热管段的有限元分析结果与讨论

4．2 基于频域法的随机振动疲劳分析

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢

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