核主泵內(nèi)多相流動(dòng)瞬態(tài)水力特性研究.pdf

1、核主泵是核電站里最關(guān)鍵的核動(dòng)力設(shè)備之一，其功能是在系統(tǒng)充水時(shí)趕氣，在開(kāi)堆前循環(huán)升溫，在正常運(yùn)行時(shí)確保一回路冷卻劑循環(huán)以冷卻堆芯，在事故工況下阻止核事故擴(kuò)大等。核主泵長(zhǎng)期穩(wěn)定安全可靠的運(yùn)行對(duì)冷卻劑輸送、堆芯冷卻、熱量排出及防止核電站事故發(fā)生等極為重要。
　　本文主要工作是圍繞對(duì)各種事故工況下氣-汽-液多相混合物的瞬態(tài)流動(dòng)變化規(guī)律進(jìn)行數(shù)值模擬，并利用五孔探針、壓力脈動(dòng)探針及振動(dòng)儀器等對(duì)其進(jìn)行試驗(yàn)研究。主要研究工作和創(chuàng)造性成果有:

2、>　　1.為了確保核主泵在變流量工況下可靠運(yùn)行，采用數(shù)值模擬與試驗(yàn)相結(jié)合的方法對(duì)核主泵在瞬變工況下，不同葉片數(shù)與導(dǎo)葉片數(shù)及不同分流葉片進(jìn)口直徑的葉輪動(dòng)力特性進(jìn)行研究，結(jié)果表明:在變流量過(guò)程中，當(dāng)葉片數(shù)為5片、導(dǎo)葉片為11片時(shí)，葉輪承受的徑向力最小。分流葉片進(jìn)口直徑為0.72D2時(shí)，壓力脈動(dòng)在各工況下運(yùn)行最小。
　　2.針對(duì)核主泵在實(shí)際運(yùn)行中會(huì)出現(xiàn)流量瞬變問(wèn)題，先對(duì)核主泵在單相變流量過(guò)渡過(guò)程時(shí)內(nèi)部水動(dòng)特性進(jìn)行研究，再分別對(duì)流量不變、

3、含氣量增加，含氣量不變、流量增加及流量與含氣量同時(shí)變化過(guò)渡過(guò)程下，對(duì)核主泵內(nèi)部的氣液兩相瞬變流動(dòng)規(guī)律進(jìn)行深入的研究，得到了不同瞬變過(guò)渡過(guò)程中核主泵氣液兩相流動(dòng)的瞬態(tài)水動(dòng)力特性。
　　3.為了解決核主泵對(duì)惰轉(zhuǎn)過(guò)渡過(guò)程提出較高的要求，對(duì)比了常規(guī)惰轉(zhuǎn)、線性惰轉(zhuǎn)及帶惰輪惰轉(zhuǎn)等三種模型在停機(jī)過(guò)渡過(guò)程中水動(dòng)力特性，得出帶惰輪的惰轉(zhuǎn)模型在停機(jī)惰轉(zhuǎn)過(guò)程中的水動(dòng)力特性最穩(wěn)定的結(jié)論。在此基礎(chǔ)上，分別對(duì)單相及氣液兩相混合工況下的停機(jī)過(guò)渡過(guò)程中水動(dòng)力特性

4、進(jìn)行了深入的研究，得到了核主泵在停機(jī)過(guò)渡過(guò)程中，葉輪流道內(nèi)的壓力、速度、氣體體積分?jǐn)?shù)、渦量、徑向力等變化規(guī)律。
　　4.針對(duì)隱形空化對(duì)核主泵葉輪可產(chǎn)生較大危害的特點(diǎn)，闡述了隱形空化過(guò)渡過(guò)程中汽相的流動(dòng)變化規(guī)律，提出了汽體體積分?jǐn)?shù)隨壓力的降低呈現(xiàn)指數(shù)函數(shù)的變化規(guī)律。采用小波變換和傅里葉變換對(duì)核主泵在不同空化階段的壓力脈動(dòng)進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)在空化初生工況時(shí)，核主泵揚(yáng)程波動(dòng)頻率主要以低頻為主，葉輪流道內(nèi)壓力脈動(dòng)的主頻以轉(zhuǎn)頻為主，空化所產(chǎn)生

5、的壓力脈動(dòng)對(duì)主頻影響不明顯;在空化發(fā)達(dá)工況，空化所誘發(fā)的壓力脈動(dòng)隨空化發(fā)展對(duì)主頻、次主頻及脈動(dòng)幅值的影響越來(lái)越大，揚(yáng)程脈動(dòng)頻率中低頻脈動(dòng)為主;在空化嚴(yán)重工況時(shí)，揚(yáng)程的脈動(dòng)頻率以無(wú)規(guī)律變化的脈動(dòng)高頻為主，同時(shí)包含近乎規(guī)律變化的脈動(dòng)低頻。
　　5.首次基于CFD數(shù)值模擬與試驗(yàn)相結(jié)合的方法對(duì)核主泵失水氣液兩相混合工況下，含氣量與空化之間的影響進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)含氣量對(duì)空化影響非常明顯，在相同工況下空化區(qū)域隨著含氣量增加而變小。系統(tǒng)分析了氣

6、液兩相混合工況下含氣量對(duì)空化斷裂工況的影響，發(fā)現(xiàn)含氣量能延緩空化斷裂工況發(fā)生。
　　6.首次基于流固耦合技術(shù)對(duì)核主泵空化與葉輪最大變形量之間的關(guān)系進(jìn)行探索，獲得了不同空化階段對(duì)應(yīng)的葉輪最大變形量的瞬態(tài)脈動(dòng)變化規(guī)律及葉輪徑向力不平衡變化規(guī)律。首次在考慮氣液兩相的基礎(chǔ)上，對(duì)流量或含氣量的瞬變對(duì)核主泵結(jié)構(gòu)靜力學(xué)及模態(tài)分析的影響進(jìn)行研究。得到了在流量不變時(shí)，含氣量與核主泵葉輪最大變形量呈現(xiàn)線性變化關(guān)系;含氣量不變時(shí)，葉輪最大變形量隨流量增