CAP1400核主泵水力設(shè)計(jì)及瞬態(tài)空化特性研究.pdf

1、反應(yīng)堆冷卻劑主循環(huán)泵（即“核主泵”），是核電站一回路系統(tǒng)中唯一旋轉(zhuǎn)設(shè)備，也是核電最關(guān)鍵的核動(dòng)力設(shè)備之一。在失水事故工況下，由于壓力的降低導(dǎo)致核主泵葉輪內(nèi)部出現(xiàn)空化，不僅會(huì)增加核主泵及系統(tǒng)管路的振動(dòng)，增加一回路系統(tǒng)設(shè)備的安全隱患；而且還將會(huì)降低核主泵的輸出壓力，無法提供壓力足夠的冷卻劑將堆芯內(nèi)的熱量帶走，長時(shí)間運(yùn)行會(huì)導(dǎo)致堆芯過熱，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使反應(yīng)堆燃料棒融化。失水事故工況下可靠運(yùn)行是衡量核主泵性能的重要指標(biāo)之一。因此失水事故工況下研究核主泵

2、空化問題具有重要意義。
　　本文以CAP1400核主泵為研究對(duì)象，結(jié)合失水事故工況下核主泵出現(xiàn)空化時(shí)的特性，對(duì)現(xiàn)有水力設(shè)計(jì)方法及空化理論進(jìn)行對(duì)比分析與研究，獲得適用于失水空化工況的核主泵水力模型；在此基礎(chǔ)上，對(duì)核主泵發(fā)生空化工況下的瞬態(tài)水動(dòng)力特性進(jìn)行數(shù)值模擬及試驗(yàn)。主要內(nèi)容如下：
　　1.查閱相關(guān)資料，介紹了空化、基本控制方程、湍流模型及空化模型等流體力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)。在速度系數(shù)法和不等揚(yáng)程理論的基礎(chǔ)上采用層約束方法對(duì)核主泵模型

3、進(jìn)行水力設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
　　2.為了有效控制汽泡運(yùn)動(dòng)規(guī)律，研究層約束位置對(duì)水力性能及汽泡的影響。研究結(jié)果表明：層約束位于核主泵葉片中間流線附近，可有效控制核主泵的水力性能?？拷酥鞅萌~輪前蓋板的約束層設(shè)計(jì)的葉片相對(duì)未分層葉片更靠近流道中間流線，可有效阻隔葉輪內(nèi)汽泡沿軸向的發(fā)展。因此，采用層約束可在犧牲部分水力性能的同時(shí)獲得較好的空化性能。
　　3.在失水事故核主泵瞬態(tài)空化過渡過程中，葉輪所承受的徑向力呈12花瓣型分布；由于

4、葉輪葉片與導(dǎo)葉葉片之間存在干涉，導(dǎo)致間隔90°分布的四個(gè)方向上存在雙波峰的特點(diǎn)。在瞬態(tài)空化過渡過程中，空化對(duì)葉輪的軸向力影響較大，其主要原因是汽泡的運(yùn)動(dòng)及發(fā)展會(huì)影響葉片表面壓力場分布，進(jìn)而影響軸向力變化。
　　4.通過研究空化過渡過程中核主泵葉輪內(nèi)汽體總體積變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)在臨界空化工況時(shí)葉輪內(nèi)汽體體積分?jǐn)?shù)呈現(xiàn)暫態(tài)穩(wěn)定，隨后葉輪內(nèi)的汽體體積分?jǐn)?shù)急劇增加；受空化初生工況下葉輪流道壓力分布不均的影響，葉輪內(nèi)部汽泡在各流道間呈非線性分布，

5、隨著空化程度加深，各流道內(nèi)分布規(guī)律趨向一致；對(duì)于層約束葉片而言，汽泡主要集中在靠近后蓋板一側(cè)的下約束層葉片背面。
　　5.核主泵模型泵具有效率高、高效區(qū)寬等優(yōu)點(diǎn)，其流量-功率曲線具有明顯的無過載特性。泵體在中截面上振動(dòng)最小，偏離中截面后振動(dòng)隨之增大；隔舌附近的泵體在低頻范圍內(nèi)振動(dòng)尤為明顯；對(duì)比不同流量時(shí)各監(jiān)測點(diǎn)振幅變化情況可以發(fā)現(xiàn)在設(shè)計(jì)點(diǎn)時(shí)振動(dòng)最小，模型泵設(shè)計(jì)合理；相較而言，泵體大流量工況下振動(dòng)大于小流量工況，隨著流量的改變各測點(diǎn)