核乏燃料泵送系統(tǒng)用渦流二極管內(nèi)流空化機(jī)理及流阻特性研究.pdf

1、渦流二極管由于其無運(yùn)動(dòng)部件、無動(dòng)密封及免維護(hù)的特征，在核工業(yè)等高危液體輸送系統(tǒng)中有著巨大的應(yīng)用前景。其基本原理類似于電路中的“二極管”，流體由中心管流入，切向管流出（正向流動(dòng)）時(shí)，阻滯作用很小。反之流體由切向管流入，中心管流出（反向流動(dòng)）時(shí)，初始的切向速度以及旋流腔的結(jié)構(gòu)使得流體在旋流腔內(nèi)形成強(qiáng)渦旋流動(dòng)，并在中心部分產(chǎn)生低壓區(qū)，產(chǎn)生高阻滯作用。該單向流阻特性是渦流二極管一切應(yīng)用的基礎(chǔ)原理。
　　 渦流二極管性能主要由結(jié)構(gòu)參數(shù)（旋

2、流腔結(jié)構(gòu)、中心管結(jié)構(gòu)、切向管結(jié)構(gòu)等）和工況參數(shù)（入口壓力、出口背壓、流量、流體介質(zhì)等）兩方面因素影響。同時(shí)研究發(fā)現(xiàn)在一定的結(jié)構(gòu)和工況下，渦流二極管中心部位會(huì)發(fā)生明顯的空化現(xiàn)象，該現(xiàn)象對(duì)渦流二極管性能影響明顯。因此本文旨在針對(duì)其空化現(xiàn)象探索有效的研究方案，揭示其內(nèi)部的空化形成機(jī)理，探索空化對(duì)渦流二極管性能的影響因素，提出針對(duì)空化流的渦流二極管優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。
　　 本文首先開展流體數(shù)值計(jì)算的工作，旨在從微觀角度研究渦流二極管內(nèi)流場機(jī)

3、理。解析渦流二極管內(nèi)流漩渦分布規(guī)律，探究空化流形成原因，同時(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)較難完成的部分結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究。同時(shí)采用不同模型結(jié)構(gòu)，研究不同旋流腔結(jié)構(gòu)及不同切向管、中心管結(jié)構(gòu)對(duì)流場的影響因素，尋求渦流二極管結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。
　　 本文在數(shù)值模擬同時(shí)展開實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的測試工作，對(duì)渦流二極管進(jìn)行系統(tǒng)研究。利用含有機(jī)玻璃透視結(jié)構(gòu)及顏色標(biāo)示PIV測試功能的實(shí)驗(yàn)臺(tái)對(duì)渦流二極管流場運(yùn)動(dòng)規(guī)律及空化發(fā)生、發(fā)展過程進(jìn)行測試。探究入口雷諾數(shù)、出口壓力條件對(duì)空化現(xiàn)象