余熱排出泵內(nèi)部不穩(wěn)定流動數(shù)值模擬及試驗研究.pdf

1、余熱排出泵是核電站最關(guān)鍵的核動力設(shè)備之一，其運行范圍較大。在非設(shè)計工況下運行時，泵內(nèi)易產(chǎn)生不穩(wěn)定流動現(xiàn)象，這些不穩(wěn)定流動會限制泵的高效運行范圍，降低泵的穩(wěn)定性和可靠性。本文采用理論分析、數(shù)值模擬和試驗驗證的方法來研究余熱排出泵內(nèi)部不穩(wěn)定流動特性。本文主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下:
　　1.介紹了余熱排出泵的結(jié)構(gòu)特點和國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，闡述了離心泵內(nèi)部不穩(wěn)定流動的類型及產(chǎn)生機理，并簡要介紹了壓力脈動的分類及應(yīng)用。
　　2.采用SST

2、k-ω湍流模型對模型泵進行多工況定常數(shù)值計算，得到了泵的速度場、壓力場和湍動能分布情況，研究結(jié)果表明:葉輪進口回流的初始流量點為0.8Qd，隨著流量的減小，回流強度增強且向上游發(fā)展;葉輪內(nèi)失速旋渦初生流量點為0.7Qd，導(dǎo)葉內(nèi)失速現(xiàn)象的初始流量點為0.5Qd，在靠近葉輪進口葉片背面?zhèn)犬a(chǎn)生了與葉輪旋轉(zhuǎn)方向相同的失速旋渦，在靠近葉輪出口葉片工作面?zhèn)犬a(chǎn)生了與葉輪旋轉(zhuǎn)方向相反的軸向漩渦，而導(dǎo)葉內(nèi)失速旋渦的產(chǎn)生位置為導(dǎo)葉流道進口處。
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3、.在定常計算的基礎(chǔ)上對模型泵進行非定常數(shù)值計算，分析了葉輪和導(dǎo)葉內(nèi)不穩(wěn)定流動隨流量和時間的變化情況，研究結(jié)果表明:
　　(1)葉輪內(nèi)失速旋渦的初始流量點為0.8Qd，產(chǎn)生位置為葉輪進口葉片背面靠近前蓋板處，在葉輪的旋轉(zhuǎn)作用下，失速旋渦逐漸由兩個流道擴散至四個流道;隨著流量的減小，各流道內(nèi)均產(chǎn)生失速旋渦，產(chǎn)生位置逐漸向葉輪出口靠近，且影響范圍擴大到后蓋板附近。
　　(2)導(dǎo)葉內(nèi)失速現(xiàn)象的初始流量點為0.5Qd，產(chǎn)生位置為導(dǎo)葉葉

4、片進口吸力面?zhèn)?，初始時刻，流道內(nèi)存在雙渦和三渦的流動結(jié)構(gòu)，隨著葉輪的旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)葉出口兩個獨立的分離渦匯聚成一個大尺度渦，三渦團結(jié)構(gòu)發(fā)生潰滅;隨著流量的減小，三渦團結(jié)構(gòu)重新產(chǎn)生，旋渦尺寸增大，使得部分流道發(fā)生堵塞。
　　4.簡要闡述了壓力脈動的基本理論，同時對葉輪、導(dǎo)葉流道內(nèi)的壓力脈動特性進行了分析，研究結(jié)果表明:
　　(1)不同流量工況下，葉輪內(nèi)壓力脈動的主頻均為轉(zhuǎn)頻倍頻，倍數(shù)值與導(dǎo)葉葉片數(shù)相關(guān)，說明葉輪內(nèi)的壓力脈動主要由轉(zhuǎn)頻

5、決定，且受導(dǎo)葉影響;導(dǎo)葉內(nèi)壓力脈動的主頻均為葉頻倍頻，說明導(dǎo)葉內(nèi)的壓力脈動主要由葉頻決定，由動靜干涉作用引起。
　　(2)同一流量工況下，從葉輪出口向進口和從導(dǎo)葉進口向?qū)~出口發(fā)展過程中，壓力脈動強度均逐漸減弱;隨著流量的減小，葉輪與導(dǎo)葉內(nèi)的主頻和高強度的壓力脈動成分均逐漸向低頻區(qū)靠近。
　　(3)葉輪出口和導(dǎo)葉內(nèi)的壓力脈動系數(shù)幅值均在設(shè)計流量點達到極小值，越偏離設(shè)計點，壓力脈動系數(shù)幅值越大，泵內(nèi)流動越不穩(wěn)定。
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