核主泵內(nèi)多相流動瞬態(tài)水力特性研究.pdf

1、核主泵是核電站里最關(guān)鍵的核動力設(shè)備之一，其功能是在系統(tǒng)充水時(shí)趕氣，在開堆前循環(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。核主泵長期穩(wěn)定安全可靠的運(yùn)行對冷卻劑輸送、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各種事故工況下氣-汽-液多相混合物的瞬態(tài)流動變化規(guī)律進(jìn)行數(shù)值模擬，并利用五孔探針、壓力脈動探針及振動儀器等對其進(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)口直徑的葉輪動力特性進(jìn)行研究，結(jié)果表明:在變流量過程中，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)，壓力脈動在各工況下運(yùn)行最小。
　　2.針對核主泵在實(shí)際運(yùn)行中會出現(xiàn)流量瞬變問題，先對核主泵在單相變流量過渡過程時(shí)內(nèi)部水動特性進(jìn)行研究，再分別對流量不變、

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)變化過渡過程下，對核主泵內(nèi)部的氣液兩相瞬變流動規(guī)律進(jìn)行深入的研究，得到了不同瞬變過渡過程中核主泵氣液兩相流動的瞬態(tài)水動力特性。
　　3.為了解決核主泵對惰轉(zhuǎn)過渡過程提出較高的要求，對比了常規(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)過渡過程中水動力特性，得出帶惰輪的惰轉(zhuǎn)模型在停機(jī)惰轉(zhuǎn)過程中的水動力特性最穩(wěn)定的結(jié)論。在此基礎(chǔ)上，分別對單相及氣液兩相混合工況下的停機(jī)過渡過程中水動力特性

4、進(jìn)行了深入的研究，得到了核主泵在停機(jī)過渡過程中，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.針對隱形空化對核主泵葉輪可產(chǎn)生較大危害的特點(diǎn)，闡述了隱形空化過渡過程中汽相的流動變化規(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核主泵在不同空化階段的壓力脈動進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)在空化初生工況時(shí)，核主泵揚(yáng)程波動頻率主要以低頻為主，葉輪流道內(nèi)壓力脈動的主頻以轉(zhuǎn)頻為主，空化所產(chǎn)生

5、的壓力脈動對主頻影響不明顯;在空化發(fā)達(dá)工況，空化所誘發(fā)的壓力脈動隨空化發(fā)展對主頻、次主頻及脈動幅值的影響越來越大，揚(yáng)程脈動頻率中低頻脈動為主;在空化嚴(yán)重工況時(shí)，揚(yáng)程的脈動頻率以無規(guī)律變化的脈動高頻為主，同時(shí)包含近乎規(guī)律變化的脈動低頻。
　　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應(yīng)的葉輪最大變形量的瞬態(tài)脈動變化規(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，對流量或含氣量的瞬變對核主泵結(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