CAP1400核主泵水力設(shè)計及瞬態(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，不僅會增加核主泵及系統(tǒng)管路的振動，增加一回路系統(tǒng)設(shè)備的安全隱患；而且還將會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，長時間運行會導(dǎo)致堆芯過熱，嚴重時會使反應(yīng)堆燃料棒融化。失水事故工況下可靠運行是衡量核主泵性能的重要指標之一。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核主泵為研究對象，結(jié)合失水事故工況下核主泵出現(xiàn)空化時的特性，對現(xiàn)有水力設(shè)計方法及空化理論進行對比分析與研究，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，對核主泵發(fā)生空化工況下的瞬態(tài)水動力特性進行數(shù)值模擬及試驗。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。在速度系數(shù)法和不等揚程理論的基礎(chǔ)上采用層約束方法對核主泵模型

3、進行水力設(shè)計及結(jié)構(gòu)設(shè)計。
　　2.為了有效控制汽泡運動規(guī)律，研究層約束位置對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)計的葉片相對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°分布的四個方向上存在雙波峰的特點。在瞬態(tài)空化過渡過程中，空化對葉輪的軸向力影響較大，其主要原因是汽泡的運動及發(fā)展會影響葉片表面壓力場分布，進而影響軸向力變化。
　　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)在臨界空化工況時葉輪內(nèi)汽體體積分數(shù)呈現(xiàn)暫態(tài)穩(wěn)定，隨后葉輪內(nèi)的汽體體積分數(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，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最小，偏離中截面后振動隨之增大；隔舌附近的泵體在低頻范圍內(nèi)振動尤為明顯；對比不同流量時各監(jiān)測點振幅變化情況可以發(fā)現(xiàn)在設(shè)計點時振動最小，模型泵設(shè)計合理；相較而言，泵體大流量工況下振動大于小流量工況，隨著流量的改變各測點