核主泵空化流動對能量轉(zhuǎn)換特性影響的研究.pdf

1、在整個核電系統(tǒng)中，核主泵被喻為核島的“心臟”，是核反應堆冷卻劑系統(tǒng)的動力設備之一，也是一回路的主要壓力邊界。核電站中的一回路破口事故和熱阱喪失事故均可能導致核主泵發(fā)生空化，使其揚程和效率降低，引起反應堆芯過熱，空化嚴重時對核主泵性能和安全運行造成嚴重影響。本文以一臺自主設計的核主泵模型泵為研究對象，通過數(shù)值計算，并結合相關試驗數(shù)據(jù)深入研究了核主泵發(fā)生空化時其內(nèi)部空化流動特性。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴核主泵空化流動對能量轉(zhuǎn)換的影

2、響。通過流線上壓力、速度等的變化規(guī)律，結合泵基本方程，對不同空化工況下核主泵葉輪內(nèi)動、靜揚程進行深入研究。結果表明：核主泵內(nèi)流體的能量主要由葉輪中后段提供，且從前蓋板到后蓋板，流體獲得的能量逐漸減少。空化干擾葉輪內(nèi)液體的流動，導致空化區(qū)域相對速度增大，壓力減小，在氣泡密集區(qū)域，葉片對流體做功極少。同時，隨著空化程度加劇，無空化區(qū)動揚程增大，靜揚程減小，且靜揚程減小幅度大于動揚程增大幅度，從而引起泵揚程和效率下降。另外，在空化區(qū)域，隨著空

3、化程度加劇，動、靜揚程突變程度加劇，增大了葉輪內(nèi)的流動損失，進而導致泵揚程及效率進一步下降。⑵空化發(fā)展對核主泵性能的影響。選擇4種空化工況，通過對比得出核主泵在發(fā)生空化時，其性能及內(nèi)部流場變化規(guī)律。結果表明：核主泵發(fā)生空化時，其揚程、效率和功率變化對有效空化余量降低的敏感程度不同。隨著空化程度加劇，揚程變化率最大，效率次之，功率變化率最小。同時，由空化產(chǎn)生的氣泡改變了空化區(qū)域流體狀態(tài)，使流體動力粘度減小，導致空化區(qū)域湍流耗散率減小，降低

4、了湍流耗散損失。⑶葉片進口邊幾何形狀對核主泵空化流動特性的影響。對4種不同葉片進口邊幾何形狀的模型泵進行空化模擬，得出葉片進口邊幾何形狀對核主泵性能的影響規(guī)律。結果表明：葉片進口邊減薄，使葉片進口對流體的排擠作用減弱，改善了葉片對進口流動條件改變的適應性，減小葉片進口處的流動損失，使效率升高。另外，增大葉片進口邊圓角，進口減薄程度加劇，使進口處過流斷面面積增大，流速降低，進而導致壓力增大，且低壓區(qū)逐漸向葉片出口移動，在發(fā)生空化時，氣泡對