不同入流条件对核主泵压力脉动和振动特性影响研究

发布时间：2020-08-01 18:46

【摘要】：反应堆冷却剂循环泵(简称核主泵),是核电站一回路重要组件,其安全可靠运行直接关系核电厂安全与经济效益。第三代核电技术中取消了泵进口前的直段,采用连体结构设计,简化回路的同时却使泵进口流场发生畸变。为了研究该流场畸变对泵造成的压力脉动和振动影响,本文根据泵相似理论建立一个模型泵模型,并搭建相应的试验台进行相关试验,进行水力特性、压力脉动和振动试验计算。首先通过稳态水力特性的计算与试验对比说明计算的可靠性,并发现来流畸变会导致泵的效率降低,之后经瞬态流场分析发现造成效率下降的原因是由于来流畸变造成泵进口流场、叶轮进口处流场畸变,并导致吸入叶轮中的流体速度分布不均,从而导致叶间流道内流线出现差异,导致叶轮受力不均,效率下降,整个泵流场也出现差异,因而导致压力脉动出现差异。对比分析不同位置压力脉动试验结果后发现非均匀来流会导致泵蜗壳跟下游管道壁面压力脉动时域频域幅值增大,蜗壳处测点时域幅值增大35%以上,出口位置增大67%。压力脉动的变化进而会引起泵跟管道一些方向上振动幅值增大,甚至导致出口处沿着管道方向发生了较小的振动,水平面垂直于管道方向振动速度幅值增大20%。非均匀来流下泵的振动速度频谱中也出现了明显的低频特征峰,特征频率及其峰值也出现差异,泵的振动机理改变。
【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
【图文】：

湍流模型,脉动值

图 2-1 湍流模型分类Fig 2-1 classification of turbulence models在雷诺时均法中，连续方程和 N-S 方程中的速度变量iu 和压力变量ip 被分理成平均值和脉动值，其中速度时均值用_ju 表示，速度的脉动值用ju 表示的时均值用_jp 表示，压力的脉动值用jp 表示,其关系如下式：_( , ,z)i j ju u u i x y（2-7_( , ,z)i j jp p p i x y（2-8由上式可以得到定常状态下不可压缩流体的湍流控制方程如下式所示：_0iiux （2-9________ __2 ' '__( ) ( )i j j i jij i j j ju u pu u ufx x x x x （2-10文中在进行 CFD 模拟计算时，选用的模型为标准k 模型，该模型在泵领

网格,类型,非结构网格,网格划分

以上公式中其它系数值分别为：1 2 31.0 , 1.3 , 1.44 , 1.92 , 0.09kc c c 2.5 网格处理方法2.5.1 网格类型选取数值模拟计算中，网格划分是很重要的环节，有些情况下网格划分的质量直接决定模拟计算结果准确可靠性，如果网格划分质量不合格，得到的结果甚至会出现错误[25]。一般情况下，网格数量越多，得到的结果越精确，但是网格数量过多，消耗计算资源过多，甚至难以在工程中实现[26]。因此求解的精度和效率往往依赖于选择合理的网格种类、网格数量及网格质量。实际工程应用中，在几何模型较为复杂时，网格划分通常选用非结构网格比较合理，这样容易实现网格划分。相比结构网格，非结构网格具有更高的灵活性[27]，文中计算区域涉及较为复杂的形状，因此选用非结构网格进行划分计算。通常非结构网格包括四面体、六面体、棱柱体和金字塔形，如下图 2-2 所示，论文中采用的网格为六面体和四面体网格[28]。

模型泵,部件,非均匀来流

21c)蜗壳 d)模型泵装配体模型图 3-1 模型泵部件图Fig.3-1 model pump component diagram3.3 计算流体区域建立及网格划分方法3.3.1 进口来流段文中主要研究不同来流对泵性能的影响，因此要建立两种不同来流条件，包括：常规均匀来流条件下的直管段来流、模拟蒸汽发生器下封头到核主泵进口处流场的非均匀来流段，如图 3-2 所示，非均匀来流段模型采用四面体网格划分，均匀来流段采用六面体网格划分，均采用 ICEM 进行操作处理[39]。

【参考文献】