CAP1400核主泵水力设计及瞬态空化特性研究

发布时间：2017-07-07 02:16

  本文关键词：CAP1400核主泵水力设计及瞬态空化特性研究

  更多相关文章： 核主泵 层约束水力设计 瞬态空化 数值模拟 试验研究

【摘要】：反应堆冷却剂主循环泵(即“核主泵”),是核电站一回路系统中唯一旋转设备,也是核电最关键的核动力设备之一。在失水事故工况下,由于压力的降低导致核主泵叶轮内部出现空化,不仅会增加核主泵及系统管路的振动,增加一回路系统设备的安全隐患;而且还将会降低核主泵的输出压力,无法提供压力足够的冷却剂将堆芯内的热量带走,长时间运行会导致堆芯过热,严重时会使反应堆燃料棒融化。失水事故工况下可靠运行是衡量核主泵性能的重要指标之一。因此失水事故工况下研究核主泵空化问题具有重要意义。本文以CAP1400核主泵为研究对象,结合失水事故工况下核主泵出现空化时的特性,对现有水力设计方法及空化理论进行对比分析与研究,获得适用于失水空化工况的核主泵水力模型;在此基础上,对核主泵发生空化工况下的瞬态水动力特性进行数值模拟及试验。主要内容如下:1.查阅相关资料,介绍了空化、基本控制方程、湍流模型及空化模型等流体力学基础知识。在速度系数法和不等扬程理论的基础上采用层约束方法对核主泵模型进行水力设计及结构设计。2.为了有效控制汽泡运动规律,研究层约束位置对水力性能及汽泡的影响。研究结果表明:层约束位于核主泵叶片中间流线附近,可有效控制核主泵的水力性能。靠近核主泵叶轮前盖板的约束层设计的叶片相对未分层叶片更靠近流道中间流线,可有效阻隔叶轮内汽泡沿轴向的发展。因此,采用层约束可在牺牲部分水力性能的同时获得较好的空化性能。3.在失水事故核主泵瞬态空化过渡过程中,叶轮所承受的径向力呈12花瓣型分布;由于叶轮叶片与导叶叶片之间存在干涉,导致间隔90°分布的四个方向上存在双波峰的特点。在瞬态空化过渡过程中,空化对叶轮的轴向力影响较大,其主要原因是汽泡的运动及发展会影响叶片表面压力场分布,进而影响轴向力变化。4.通过研究空化过渡过程中核主泵叶轮内汽体总体积变化规律,发现在临界空化工况时叶轮内汽体体积分数呈现暂态稳定,随后叶轮内的汽体体积分数急剧增加;受空化初生工况下叶轮流道压力分布不均的影响,叶轮内部汽泡在各流道间呈非线性分布,随着空化程度加深,各流道内分布规律趋向一致;对于层约束叶片而言,汽泡主要集中在靠近后盖板一侧的下约束层叶片背面。5.核主泵模型泵具有效率高、高效区宽等优点,其流量-功率曲线具有明显的无过载特性。泵体在中截面上振动最小,偏离中截面后振动随之增大;隔舌附近的泵体在低频范围内振动尤为明显;对比不同流量时各监测点振幅变化情况可以发现在设计点时振动最小,模型泵设计合理;相较而言,泵体大流量工况下振动大于小流量工况,随着流量的改变各测点振动情况随之发生变化。6.模型泵随着流量减小,各测点位置压力变化与外特性流量-扬程曲线变化趋势保持一致。当模型泵运行在设计工况时,各测点的压力脉动均处于较弱的水平;偏离设计工况后内部流动状态恶化,压力脉动振幅增加。
【关键词】：核主泵 层约束水力设计 瞬态空化 数值模拟 试验研究
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM623;TH38
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 绪论11-18
• 1.1 课题研究背景11-13
• 1.2 课题研究目的和意义13
• 1.3 空化及其危害13-15
• 1.3.1 空化分类13-14
• 1.3.2 空化的危害14-15
• 1.4 课题研究现状15-16
• 1.4.1 国内外空化研究现状15-16
• 1.4.2 国内外瞬态多相流动研究现状16
• 1.5 本课题研究的主要内容16-18
• 第二章 基于层约束的叶轮水力设计方法18-29
• 2.1 水力设计方法概述18-19
• 2.2 CAP1400核主泵水力设计19-24
• 2.2.1 叶轮水力设计19-23
• 2.2.2 导叶、压水室水力设计23-24
• 2.3 CAP1400核主泵层约束叶轮设计24-26
• 2.4 网格无关性检查26-27
• 2.4.1 网格的分类及特点26
• 2.4.2 网格划分26-27
• 2.5 本章小结27-29
• 第三章 基于CFD技术的核主泵叶轮优化设计29-44
• 3.1 数值计算基础理论29-35
• 3.1.1 湍流模型29-32
• 3.1.2 空化模型32-35
• 3.2 边界条件及计算方法35
• 3.3 定常数值模拟结果及分析35-43
• 3.3.1 层约束叶片对核主泵外特性的影响35-37
• 3.3.2 层约束叶片对核主泵空化性能的影响37-39
• 3.3.3 空化工况下内部流场分析39-43
• 3.4 本章小结43-44
• 第四章 CAP1400核主泵空化瞬态特性研究44-62
• 4.1 空化瞬态特性计算方法44-45
• 4.1.1 边界条件44
• 4.1.2 监测点的选取44-45
• 4.2 空化过渡过程瞬态流动特性分析45-60
• 4.2.1 叶轮瞬态径向力、轴向力变化45-48
• 4.2.2 叶轮流道内汽体分布48-50
• 4.2.3 泵内瞬态压力分析50-57
• 4.2.4 瞬态空化下压水室扩压作用分析57-60
• 4.3 本章小结60-62
• 第五章 CAP1400核主泵空化试验研究62-77
• 5.1 模型泵相似换算62-63
• 5.2 试验装置与试验步骤63-67
• 5.2.1 核主泵空化试验台63-64
• 5.2.2 试验仪器及其参数64
• 5.2.3 试验注意事项64-65
• 5.2.4 振动及压力脉动测点及采集设置65-66
• 5.2.5 试验步骤66-67
• 5.3 试验结果与分析67-75
• 5.3.1 外特性试验结果67
• 5.3.2 空化试验结果67-68
• 5.3.3 未空化工况下振动与压力脉动试验结果68-73
• 5.3.4 瞬态空化下振动、压力脉动试验结果73-75
• 5.4 本章小结75-77
• 第六章 总结与展望77-80
• 6.1 研究结果总结77-78
• 6.2 工作展望78-80
• 参考文献80-84
• 致谢84-85
• 攻读硕士期间发表的学术论文及工作内容85-86
• 一、发表论文85
• 二、参加科研项目85
• 三、受理及授权专利85-86
• 四、已获成果86

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 黄成铭;秦山核电二期工程主泵与大亚湾核电站主泵的差异及其影响[J];核动力工程;2003年S1期

2 徐一鸣;徐士鸣;;核主泵惰转转速计算模型的比较[J];发电设备;2011年04期

3 周晓宁;;核主泵的常见故障分析[J];自动化博览;2011年S2期

4 尚彦龙;蔡琦;赵新文;陈玲;;基于相依竞争失效模型的主泵多状态可靠性分析[J];原子能科学技术;2013年10期

5 张大发;;核动力冷却剂主泵控制的模拟实践[J];海军工程学院学报;1993年01期

6 王鹏飞;阮晓东;邹俊;傅新;;基于数值模拟核主泵水力优化设计平台开发[J];液压与气动;2010年12期

7 周文霞;张继革;王德忠;;核电站主泵机组地震响应谱分析及应力评定[J];原子能科学技术;2011年01期

8 王志刚;李军;李丽娟;刘江;王晓江;;主泵密封流量分配对化学和容积控制系统设计的影响分析[J];核动力工程;2011年02期

9 王秀礼;袁寿其;朱荣生;付强;汤晓晨;;核主泵停机过渡过程瞬态水动力特性研究[J];原子能科学技术;2013年03期

10 ;国内首台核主泵水力部件运输容器研制成功[J];水泵技术;2013年04期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 王鹏飞;阮晓东;邹俊;傅新;;基于数值模拟核主泵水力优化设计平台开发[A];中国机械工程学会流体传动与控制分会第六届全国流体传动与控制学术会议论文集[C];2010年

2 叶献辉;张毅雄;刘文进;兰彬;;主泵换型对主管道地震载荷的影响[A];第十七届全国反应堆结构力学会议论文集[C];2012年

3 王勤湖;刘军生;洪振e，

本文编号：528577