核電站離心式上充泵多工況轉(zhuǎn)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(guān)鍵的核動力設(shè)備，其可靠、穩(wěn)定運(yùn)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(shè)計(jì)工況下運(yùn)行，流量跨度范圍大，在相鄰工況之間轉(zhuǎn)換的過渡過程中，上充泵內(nèi)部會出現(xiàn)強(qiáng)烈的瞬態(tài)流動特性，例如產(chǎn)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(yùn)行，因此研究上充泵多工況轉(zhuǎn)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(jìn)行穩(wěn)態(tài)數(shù)值計(jì)算，并預(yù)測其性能;其

2、次，分析了上充泵首級模型在多個工況下運(yùn)行時，葉輪和雙蝸殼之間的壓力脈動情況;最后結(jié)合計(jì)算結(jié)果和試驗(yàn)所得離心式上充泵多工況轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換瞬態(tài)過程進(jìn)行了數(shù)值模擬。本文主要研究結(jié)論及創(chuàng)新點(diǎn)有:
　　1.小流量工況下，由于上充泵內(nèi)部流動不穩(wěn)定，各監(jiān)測點(diǎn)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(dǎo)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(zhuǎn)周期內(nèi)，葉輪流道監(jiān)測點(diǎn)的壓力脈動出現(xiàn)2次波峰形式，蝸殼上監(jiān)測點(diǎn)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(guān)，且在小流量工況下的壓力脈動強(qiáng)度顯著大于高效工況下的壓力脈動強(qiáng)度;壓力脈動主要產(chǎn)生于葉輪出口與蝸殼進(jìn)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(jīng)過快速傅里葉變換后得到壓力脈動的頻域分布特性。
　　3.運(yùn)用CFX中的CEL表達(dá)式，編輯試驗(yàn)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(jìn)行CFD瞬態(tài)計(jì)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(nèi)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(nèi)各監(jiān)測點(diǎn)的壓力脈動不均勻，各監(jiān)測點(diǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)的圈數(shù)及蝸殼隔舌數(shù)有關(guān)。
　　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(zhuǎn)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(jìn)行，流道內(nèi)漩渦逐漸減小和轉(zhuǎn)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(dāng)工況轉(zhuǎn)換結(jié)束時，流量增加到最高效率點(diǎn)工況，此時壓力和速度分布達(dá)到最優(yōu)。
　　5.隨著工況轉(zhuǎn)換的進(jìn)行，葉輪和雙蝸殼內(nèi)瞬時壓力和速度脈動幅度越來越小，表明內(nèi)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(nèi)圈壓力速度脈動小，說明雙蝸殼結(jié)構(gòu)有助于減小出口處壓力