核電站離心式上充泵多工況轉換瞬態(tài)特性研究.pdf

1、離心式上充泵是核電站一回路系統(tǒng)關鍵的核動力設備，其可靠、穩(wěn)定運行對防止核電站事故的發(fā)生具有重要作用。核電系統(tǒng)要求上充泵在多個設計工況下運行，流量跨度范圍大，在相鄰工況之間轉換的過渡過程中，上充泵內部會出現(xiàn)強烈的瞬態(tài)流動特性，例如產生漩渦、回流以及壓力脈沖波等，不僅會影響上充泵的水力性能，還會影響核電站的安全運行，因此研究上充泵多工況轉換的瞬態(tài)特性具有重要的意義。
　　本文首先對離心式上充泵首級模型進行穩(wěn)態(tài)數(shù)值計算，并預測其性能;其

2、次，分析了上充泵首級模型在多個工況下運行時，葉輪和雙蝸殼之間的壓力脈動情況;最后結合計算結果和試驗所得離心式上充泵多工況轉換中的瞬態(tài)流量變化函數(shù)，利用CFX中CEL功能對離心式上充泵首級模型多工況轉換瞬態(tài)過程進行了數(shù)值模擬。本文主要研究結論及創(chuàng)新點有:
　　1.小流量工況下，由于上充泵內部流動不穩(wěn)定，各監(jiān)測點的壓力脈動幅值較大;大流量工況下，雙蝸殼兩個隔舌和出口處有一定量的回流，導致該處附近的壓力脈動先減小后增大。
　　2.

3、研究發(fā)現(xiàn)，在一個旋轉周期內，葉輪流道監(jiān)測點的壓力脈動出現(xiàn)2次波峰形式，蝸殼上監(jiān)測點的壓力脈動出現(xiàn)3次波峰形式，這主要是跟葉輪與蝸殼間的動靜干涉有關，且在小流量工況下的壓力脈動強度顯著大于高效工況下的壓力脈動強度;壓力脈動主要產生于葉輪出口與蝸殼進口的交界附近處，葉頻及其倍頻是脈動的主要頻率，且呈衰減趨勢;經過快速傅里葉變換后得到壓力脈動的頻域分布特性。
　　3.運用CFX中的CEL表達式，編輯試驗獲取的瞬態(tài)流量函數(shù)，首次對離心式上

4、充泵首級模型進行CFD瞬態(tài)計算，得到了離心式上充泵從上充工況Q=34m3/h到最高效率工況Q=110m3/h下首級葉輪與雙蝸殼內的瞬態(tài)流動特性。在整個瞬態(tài)過渡過程中，葉輪和雙蝸殼內各監(jiān)測點的壓力脈動不均勻，各監(jiān)測點的壓力上下來回波動，呈正弦函數(shù)圖樣分布，壓力波動主要是由于葉輪旋轉與靜止雙蝸殼之間的動靜干涉引起的，其波動次數(shù)與瞬態(tài)過渡過程中葉輪旋轉的圈數(shù)及蝸殼隔舌數(shù)有關。
　　4.從瞬變工況過程中葉輪和蝸殼的壓力、速度流線分布云圖上

5、可以發(fā)現(xiàn)，在工況轉換初期，壓力和速度流線分布很不規(guī)則，出現(xiàn)了漩渦以及壓力突變，隨著變工況的進行，流道內漩渦逐漸減小和轉移，直至消失，因此壓力梯度越來越均勻，速度流線越來越整齊，當工況轉換結束時，流量增加到最高效率點工況，此時壓力和速度分布達到最優(yōu)。
　　5.隨著工況轉換的進行，葉輪和雙蝸殼內瞬時壓力和速度脈動幅度越來越小，表明內部流動狀態(tài)也逐漸變好;雙蝸殼外圈流道壓力速度脈動比內圈壓力速度脈動小，說明雙蝸殼結構有助于減小出口處壓力