核電站上充泵瞬變工況內(nèi)部流動特性分析.pdf

1、上充泵是核電站一回路化學和容積控制系統(tǒng)的重要組成部分,屬于核Ⅱ級設備。核電安全標準對上充泵的可靠性及穩(wěn)定性要求極高,因此,對上充泵瞬變工況內(nèi)部流動特性進行分析具有重要的意義。
　　 本文首先采用多工況水力設計和反問題設計相結(jié)合的設計方法對上充泵首級葉輪水力模型進行優(yōu)化設計,經(jīng)CFD數(shù)值模擬與樣機試驗驗證了優(yōu)化后水力模型的準確性。在此基礎上,對CFX邊界條件進行二次開發(fā),分別得出上充泵由額定運行工況向最高效率工況及小流量上充工況時

2、內(nèi)部流動規(guī)律。旨在全面探索上充泵多工況瞬變水力特性,為推動我國核電關鍵設備技術水平提供理論基礎。主要工作及創(chuàng)造性成果有:
　　 1、針對上充泵運行工況要求,采用多工況設計法對葉輪的水力模型進行設計,利用改進型的多目標遺傳算法(NSGA-Ⅱ)對首級葉輪模型進行反問題優(yōu)化設計。對優(yōu)化前、后的水力模型進行性能預測、制作成樣機并進行外特性試驗。結(jié)果表明:將樣機試驗結(jié)果與所要求工況點對比發(fā)現(xiàn),樣機水力性能符合要求,經(jīng)優(yōu)化后的水力模型不僅更

3、接近上充泵實際使用工況的要求,同時也提高了抗汽蝕性能。
　　 2、采用CFX對上充泵水力模型進行定常數(shù)值模擬,研究分析上充泵內(nèi)部壓力、速度分布規(guī)律。分析結(jié)果表明:最高效率工況下,葉片背面流速較工作面流速要大,且越靠近葉輪出口相對速度越接近。大流量工況下,葉輪內(nèi)出現(xiàn)明顯脫流。小流量工況下,首級葉輪內(nèi)回流機會增多,流體失速明顯,造成的水力損失較大。在正導葉的導流及能量轉(zhuǎn)換作用下,有效實現(xiàn)減速增壓的過程;而在反導葉流道出口附近出現(xiàn)不同

4、程度的漩渦,漩渦的存在導致水力損失的增加。這為模型的改進提高提供了依據(jù)。
　　 3、在定常計算為基礎上,對上充泵水力模型在瞬變工況過渡過程下的非穩(wěn)定流動進行數(shù)值模擬,分別分析了由上充工況到最高效率工況、上充工況到上充小流量工況下的瞬變過渡過程中內(nèi)部瞬態(tài)壓力及速度的流動變化規(guī)律。結(jié)果表明:(1)在變工況過程中,葉輪流道內(nèi)壓力波動在短時間內(nèi)基本呈現(xiàn)為正玄曲線變化,且在變工況剛開始時波動幅值較大,變工況將要結(jié)束時幅值趨于穩(wěn)定。(2)在