反应堆主冷却剂泵反转条件下的流动不稳定性研究

发布时间：2020-04-29 07:04

【摘要】：反应堆主冷却剂泵作为反应堆一回路的重要设备,承担着输运冷却剂,保证堆芯热量顺利排出的任务。由于三代核电主冷却剂泵没有设置防反转机构,在断轴、失电、逐台启动等工况下,主泵都有反转的可能。主泵反转一方面造成流动的不稳定,另一方面也对泵轴的受力产生消极影响。因此有必要对泵的反转工况进行深入研究。本文以三代核电技术AP1000的主冷却剂泵的缩比模型为研究对象,首先为研究叶片表面边界层脱落和涡的形成发展,从来流攻角和扩压影响两个方面对翼型叶片的涡旋脱流成因进行探究,发现当同时存在有来流攻角和扩压影响时,翼型涡旋脱流现象明显,涡脱落频率在达到一定攻角后与攻角的大小成正比。全面考虑各种反转工况,使用理论推导完善流动参数,对不同反转工况进行了非定常数值模拟。给出了各工况下流动的外特性参数,对不同部件的内部流动的不稳定性进行详细分析。发现转频在整个流动空间内都存在影响,叶轮和进口管也受到了导叶的影响。叶轮中的压力脉动特征表现为拍形波,并会产生振动与噪音。反转过程中叶轮叶片会与导叶叶片形成封闭流道,改变流动方向,形成叶轮流道的涡旋,影响下游流动。反转泵中各部分都存在着能量损失,在各工况下所占比例基本稳定,其中叶轮在所有能量损失中所占的比例最大,蜗壳所占比例最小。导叶存在逆叶片区和顺叶片区,流体经过逆叶片区会产生较长的回旋涡。导叶内部凹面靠近叶轮处都有回旋涡的存在,占据了流道的20%到80%。其后,对泵反转时的径向受力和轴向受力进行了计算,得到了径向力在垂直于蜗壳进水管方向上分布不均,表现在向导叶逆叶片方向偏移。轴向力以2倍转频的频率周期性变化。轴向力方向指向进口段,并主要受转频影响变化。随着不同工况流量转速的减小,轴向力也在不断减小。
【图文】：

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上海交通大学硕士学位论文第二章翼型涡旋脱流流理论、水轮机、压气机等叶轮机械内部普遍存在的，学界还没有一个完整清晰的认识，其成因仍对叶轮机械的这种流动不稳定性有很好的指导对翼型的攻角与旋转失速的产生建立直接联时，不同来流攻角下翼型边界层脱离与涡旋产析了来流攻角与扩压对翼型流场的影响。图象的示意图。

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上边界产生的干涉作用，显著增加了翼型边界层的速度梯度。对只考虑来流攻角或扩压影响的数值模拟全发展的湍流中，流量变化使来流对叶片的等效冲角也发生变化冲角越大。在前期对泵的模拟中发现，在小流量工况下易出现旋转叶片之间的边界层脱离形成涡旋，发展较大的涡旋堵塞了两叶片的流量转移至相邻流道，致使相邻流道也产生堵塞流道的涡旋。宏的涡旋在流道中接连出现。旋转失速中失速团的频率一般是叶[39]。来流冲角使影响旋转失速的重要因素。基于这种推测，在先期排排列的一组 NACA0009 翼型，，对其在不同来流冲角下下的流动区域上下边界为周期性边界，模拟无限多翼型并排排列。翼型弦长距为 40mm，来流速度为 2.7m/s。湍流模型为 SST k- ，使用结构。为了分析来流冲角对翼型流态的影响，本文以 20°和 60°冲角格细节见图 2-2，模拟结果及云图细节见图 2-3，结果分析如下。
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM623

【参考文献】