CAP1400核主泵空化流场特性分析

发布时间：2020-07-12 00:29

【摘要】：核能作为清洁高效的能源,越来越被广泛认可和采用。我国自主设计研发的CAP1400第三代先进非能动核电机组,标志着我国核电事业的巨大进步。核反应堆冷却剂泵作为一回路中唯一高速旋转的设备,必须长期高效地运行,是核电设备国产化的一大难点。空化是水力机械中普遍存在的一种破坏形式,其发生将会降低水力机械的性能,引起强烈的噪声及振动,甚至造成叶片的损坏,影响系统的稳定运行。为保证核主泵长期稳定运行,在其设计过程中,需要考虑空化的影响,并有效避免空化的发生。核主泵在高温高压条件下运行,其运行温度下水蒸汽与水的密度比增加,其他参数如饱和蒸汽压力等受温度的影响增大,需要考虑热力学效应对空化的影响。基于均质平衡流理论及输运方程,在能量方程中添加了考虑汽液质量转移量及汽化潜热影响的源项。首先模拟常温条件下翼型的空化流场,将该结果与实验结果进行对比,验证模型的可靠性。通过对比常温条件及373K温度条件下翼型周围的空化流场,发现高温条件下空泡区明显缩短。模拟了373K及473K温度条件下叶轮内的空化流场,发现汽液交换过程引起很大的温降,考虑温度对饱和蒸汽压力的影响后,温度降低量减小,空化现象被显著抑制。高温条件下不考虑热力学效应模拟空化的结果是不准确的,考虑到热力学效应的影响及设计过程中空化性能与效率间的矛盾关系,可以在核主泵的设计过程中降低对空化性能的考虑,来提高泵的效率等性能。此外,本文研究了不同汽蚀余量下,模型泵叶轮、导叶和蜗壳内空化流场的特点,得到了空化初生时的空化性能,对比了叶轮和整机模拟时泵的扬程、效率等性能,分析了蜗壳、导叶对叶轮内部空化流场的影响。基于所设计的模型泵结构和尺寸,采用砂铸叶轮、精铸铝制叶轮开展了模型泵性能的试验研究,试验结果表明叶轮的制造精度对临界汽蚀余量有很大的影响。非定常数值计算结果表明严重空化时入口压力脉动变得紊乱,空化区尾部存在很强的回射流,该回射流会使空化加剧。从阻挡回射流的角度,采用在翼型上表面布置射流孔的方式,探索了抑制空化的方法。发现布置射流孔可以有效阻挡回射流从翼型尾部向头部的流动,随着射流速度的增加,回射流逐渐减弱,空化区缩短。此外,布置射流孔可以有效降低翼型表面升力系数及阻力系数的波动幅度,而对其平均值影响不大。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TL353.12
【图文】：

对比图,电力需求,对比图,设计水平

电厂２０１４年发电设备容量达到了邋１９８８万千瓦，同比增长３６．１０％。中国计划在２０２０逡逑要达到４０ＧＷ核电装机容量，约占总装机量的４％［１］。２０１０年及２０２０年我国电力需逡逑比图如图Ｕ所示，中国目前有２２家核电站，计划在５年内增加到７５家，大力发逡逑电技术，提高自主化设计水平已势在必行。逡逑

对比图,空化,叶轮,核电站

２０１０年逦２０２０年逡逑图１．１邋２０１０及２０２０年电力需求对比图逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ邋ｏｆ邋ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ邋ｄｅｍａｎｄ邋ｉｎ邋２０１０邋ａｎｄ邋２０２０逡逑为了能够拥有具有自主知识产权的先进大型核电技术，众多科研学者付出了大量心逡逑血。实际上，核电设备的国产化步伐一直在不断加快。核电装备国产化率如表１．１所示，逡逑大亚湾核电站建设时，装备国产化率还只有１％，随后开建的岭澳一期核电站国产化率逡逑也不及３０％，而到红沿河与宁德核电站建成时，国产化率已经达到８０％，阳江核电站５、逡逑６号机组更可以达到８５％，核电国产化进程实现了巨大的突破。由于切尔诺贝利核电厂逡逑及日本福岛核电站的严重事故，核电的发展经历了一段停滞期，同时安全发展核电成为逡逑最重要的要求引起高度重视。非能动第三代压水堆核电技术，可以实现长期完全非能动逡逑冷却

示意图,滑移网格,示意图

但是由节点确定的网格单元体不发生变形。该模型用来模拟独立区域间的相逡逑对运动，两个相邻单元区域的交界面形成网格交界面，单元区域沿着网格交界面既可以逡逑平移运动也可以转动，滑移网格运动示意图如图２．３所示，从图中可以看出各部分网格逡逑形状保持不变，两侧的网格节点可以不相互重合。由于静止部分与运动部分间的相对运逡逑动会引起瞬态的相互作用，通常懫用滑移网格求解在时间上具有周期性的瞬态问题。逡逑－１５邋－逡逑

【参考文献】