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)充水時趕氣，在開堆前循環(huán)升溫，在正常運行時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大等。核主泵長期穩(wěn)定安全可靠的運行對冷卻劑輸送、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行試驗研究。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行，采用數(shù)值模擬與試驗相結(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)及不同分流葉片進口直徑的葉輪動力特性進行研究，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，葉輪承受的徑向力最小。分流葉片進口直徑為0.72D2時，壓力脈動在各工況下運行最小。
　　2.針對核主泵在實際運行中會出現(xiàn)流量瞬變問題，先對核主泵在單相變流量過渡過程時內(nèi)部水動特性進行研究，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)等三種模型在停機過渡過程中水動力特性，得出帶惰輪的惰轉(zhuǎn)模型在停機惰轉(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過渡過程中水動力特性

4、進行了深入的研究，得到了核主泵在停機過渡過程中，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，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行了分析，發(fā)現(xiàn)在空化初生工況時，核主泵揚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，揚程脈動頻率中低頻脈動為主;在空化嚴(yán)重工況時，揚程的脈動頻率以無規(guī)律變化的脈動高頻為主，同時包含近乎規(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)分析的影響進行研究。得到了在流量不變時，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，葉輪最大變形量隨流量增