仿生表面微結(jié)構(gòu)的熱防護性能研究.pdf

1、核主泵是核電站反應堆一回路主冷卻裝置，是核電站中唯一的不間斷動力來源，被譽為核電站的“心臟”。核主泵主軸作為核主泵的核心部件，其安全可靠運行顯得至關重要，然而其在高溫高壓強輻射環(huán)境中由于遭受冷水反復沖擊而產(chǎn)生熱疲勞裂紋的問題一直制約著我國乃至世界核電裝備的發(fā)展，本文圍繞這一問題展開研究。
　　針對在高溫環(huán)境下工作的核主泵主軸部件遭受冷卻水反復沖擊而容易出現(xiàn)裂紋的問題，提出通過仿生表面微結(jié)構(gòu)設計，利用水低熱擴散率的特性，在被熱沖擊表

2、面產(chǎn)生隔熱水膜，從而降低瞬態(tài)熱沖擊過程中表層結(jié)構(gòu)的熱應力，防止結(jié)構(gòu)熱疲勞損傷。針對這一設想，本文采用有限元與無限元結(jié)合的辦法，解決熱應力分析的多尺度問題。利用COMSOL多場耦合分析軟件，對瞬態(tài)熱沖擊條件下，表面微結(jié)構(gòu)的溫度場與熱應力分布進行分析，研究了沖擊時間、微結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)和流體粘性底層厚度等對微結(jié)構(gòu)表面熱沖擊防護能力的影響。研究發(fā)現(xiàn)，表面微柱或微管結(jié)構(gòu)對降低短時間冷水沖擊產(chǎn)生的表面熱應力具有顯著效果，同時在微結(jié)構(gòu)與基底之間存在最優(yōu)