核主泵内多相流动瞬态水力特性研究

发布时间：2021-08-01 23:04

　　核主泵是核电站里最关键的核动力设备之一,其功能是在系统充水时赶气,在开堆前循环升温,在正常运行时确保一回路冷却剂循环以冷却堆芯,在事故工况下阻止核事故扩大等。核主泵长期稳定安全可靠的运行对冷却剂输送、堆芯冷却、热量排出及防止核电站事故发生等极为重要。本文主要工作是围绕对各种事故工况下气-汽-液多相混合物的瞬态流动变化规律进行数值模拟,并利用五孔探针、压力脉动探针及振动仪器等对其进行试验研究。主要研究工作和创造性成果有：1.为了确保核主泵在变流量工况下可靠运行,采用数值模拟与试验相结合的方法对核主泵在瞬变工况下,不同叶片数与导叶片数及不同分流叶片进口直径的叶轮动力特性进行研究,结果表明：在变流量过程中,当叶片数为5片、导叶片为11片时,叶轮承受的径向力最小。分流叶片进口直径为0.72D2时,压力脉动在各工况下运行最小。2.针对核主泵在实际运行中会出现流量瞬变问题,先对核主泵在单相变流量过渡过程时内部水动特性进行研究,再分别对流量不变、含气量增加,含气量不变、流量增加及流量与含气量同时变化过渡过程下,对核主泵内部的气液两相瞬变流动规律进行深入的研究,得到了不同瞬变过渡过程中核主泵气液两相流... 

【文章来源】：江苏大学江苏省

【文章页数】：217 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
符号表
第一章 绪论
    1.1 课题研究的目的和意义
    1.2 国内外研究现状及发展动态
    1.3 本文主要研究内容
第二章 核主泵水力部件设计及三维建模
    2.1 核主泵简介
    2.2 水力部件设计方法
    2.3 叶轮设计
    2.4 导叶设计
    2.5 泵壳设计
    2.6 网格划分与网格无关性验证
    2.7 本章小结
第三章 数值计算方法及边界条件
    3.1 概述
    3.2 紊流模型对核主泵空化计算的影响
    3.3 壁面函数
    3.4 两相流模型选择
    3.5 边界条件
    3.6 监测点的选取
    3.7 本章小结
第四章 瞬变工况下核主泵的优化
    4.1 变流量工况下叶片数对核主泵径向力影响
        4.1.1 叶片数对叶轮径向力影响
        4.1.2 叶片数对导叶径向力影响
        4.1.3 导叶片数对叶轮径向力影响
        4.1.4 导叶片数对导叶径向力影响
    4.2 带分流叶片叶轮对核主泵动力特性影响
        4.2.1 计算模型
        4.2.2 监测点的选取
        4.2.3 压力脉动时域分析
        4.2.4 压力脉动频域分析
    4.3 叶片数对核主泵水力性能影响试验
    4.4 本章小结
第五章 事故工况下核主泵内部流场瞬态流动特性研究
    5.1 变工况过渡过程瞬态动力特性研究
        5.1.1 瞬态叶片载荷变化
        5.1.2 叶轮内瞬态径向力变化
        5.1.3 导叶内瞬态径向力变化
        5.1.4 蜗壳内瞬态径向力变化
        5.1.5 叶轮上瞬态轴向力变化
    5.2 变流量过渡过程瞬态水力特性研究
        5.2.1 叶轮流道内瞬态压力变化
        5.2.2 导叶流道内瞬态压力变化
        5.2.3 叶轮流道内瞬态速度变化
        5.2.4 导叶流道内瞬态速度变化
    5.3 断电惰转过渡过程瞬态水力特性研究
        5.3.1 叶轮流道内瞬态压力变化
        5.3.2 导叶流道内瞬态压力变化
        5.3.3 叶轮流道内瞬态速度变化
        5.3.4 泵体内瞬态速度变化
        5.3.5 叶轮流道内瞬态涡量变化
        5.3.6 泵体内瞬态涡量变化
        5.3.7 停机过渡过程瞬态叶轮径向力变化
        5.3.8 停机过渡过程瞬态径向力矢量变化
    5.4 变流量与惰转试验
    5.5 本章小结
第六章 事故工况下气(汽)液两相瞬态流动特性研究
    6.1 隐性空化过渡过程瞬变流动特性研究
        6.1.1 叶片表面汽相变化过程
        6.1.2 叶轮流道内汽体体积分数变化过程
        6.1.3 叶轮流道内速度变化过程
        6.1.4 叶轮流道内涡量变化过程
        6.1.5 叶轮上瞬态径向力变化过程
    6.2 瞬变空化水动力特性研究
        6.2.1 不同空化工况下叶轮内部汽体体积分数分布
        6.2.2 汽体体积分数与进口压力间的变化规律
        6.2.3 基于小波变换的扬程变化规律分析
        6.2.4 空化动力特性分析
    6.3 变流量与含气量对瞬态流动特性影响
        6.3.1 基本假设
        6.3.2 含气量变化对气液两相流动影响
        6.3.3 流量与含气量变化对气液两相流动影响
        6.3.4 流量变化对叶轮内气体体积分数影响
        6.3.5 流量变化对导叶内气体体积分数影响
        6.3.6 流量变化对蜗壳内气体体积分数影响
        6.3.7 流量变化对叶轮内压力的影响
        6.3.8 流量变化对导叶内压力的影响
        6.3.9 流量变化对蜗壳内压力的影响
    6.4 变流量对瞬态流动特性研究
        6.4.1 向大流量过渡时气液两相流动分布
        6.4.2 向小流量过渡时气液两相流动分布
        6.4.3 变流量时叶轮气体体积分数变化分析
        6.4.4 变流量时导叶内气体体积分数变化分析
        6.4.5 变流量时叶轮内速度变化分析
        6.4.6 变流量时导叶内速度变化分析
    6.5 断电停机过渡过程气液两相流动特性研究
        6.5.1 断电停机工况下叶轮内部气体体积分数分布
        6.5.2 叶轮内各监测点的气体体积分数变化规律
        6.5.3 叶轮内各监测点的速度变化规律
        6.5.4 断电停机工况下叶轮径向力变化规律
        6.5.5 叶轮流道内的气体体积分数与速度变化规律
    6.6 空化与气液两相流试验
    6.7 本章小结
第七章 事故工况下气-汽-液多相瞬态流动特性研究
    7.1 失水事故工况下含气量对空化性能影响研究
        7.1.1 不同空化工况下叶轮内部气体体积分数分布
        7.1.2 气体体积分数与进口压力间的变化规律
        7.1.3 叶轮流道内各相体积分数分布
        7.1.4 叶轮流道内各相速度变化规律
    7.2 失水气液两相混合事故时空化断裂工况瞬态流动特性研究
        7.2.1 基本假设与边界条件
        7.2.2 叶片表面流动轨迹变化规律
        7.2.3 不同空化工况叶片表面流动轨迹变化规律
        7.2.4 叶轮周向汽体体积分数变化规律
        7.2.5 叶轮周向速度变化规律
        7.2.6 叶轮流道内压力变化规律
        7.2.7 导叶流道内汽相与气相变化规律
    7.3 空化与气液两相流相互影响试验
    7.4 本章小结
第八章 事故工况下核主泵气(汽)液两相流固耦合研究
    8.1 基于流固耦合的核主泵空化动力特性研究
        8.1.1 物理性能
        8.1.2 边界条件
        8.1.3 叶轮流道内气体体积变化
        8.1.4 叶轮内汽体体积分数变化曲线
        8.1.5 不同空化工况下气体体积变化
        8.1.6 不同空化工况下流固耦合对径向力影响
    8.2 气液两相混合工况下流固耦合模态分析
        8.2.1 网格无关性验证
        8.2.2 计算方法及边界条件
        8.2.3 不同含气量时叶片表面气相分布
        8.2.4 核主泵叶轮最大变形量
        8.2.5 不同含气量时核主泵叶轮各阶固有频率与振型
        8.2.6 不同含气量时核主泵叶轮各阶最大位移及差异
    8.3 本章小结
第九章 总结与展望
    9.1 研究总结
    9.2 工作展望
致谢
参考文献
作者攻读博士学位期间承担的科研项目和取得的科研成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Kunz模型的离心泵空化流数值计算[J]. 刘厚林,刘东喜,王勇,庄宿国.  华中科技大学学报(自然科学版). 2012(08)
[2]三种空化模型在离心泵空化流计算中的应用评价[J]. 刘厚林,刘东喜,王勇,吴贤芳,庄宿国.  农业工程学报. 2012(16)
[3]离心泵气液固多相流动数值模拟与试验[J]. 付强,袁寿其,朱荣生,陈景俊,王秀礼.  农业工程学报. 2012(14)
[4]离心泵内部非定常空化流动特征的数值分析[J]. 杨敏官,孙鑫恺,高波,邵腾.  江苏大学学报(自然科学版). 2012(04)
[5]空化流动诱导离心泵低频振动的实验研究[J]. 高波,杨敏官,李忠,康灿.  工程热物理学报. 2012(06)
[6]导叶叶片数对气液混输泵性能的影响[J]. 马希金,李新凯,王楠,周贯五.  兰州理工大学学报. 2012(03)
[7]基于CFD的长短叶片水轮机压力脉动研究[J]. 张思青,胡秀成,张立翔,余凤荣,李长臻.  水力发电学报. 2012(02)
[8]多级离心泵内叶轮出口压力脉动研究[J]. 蒋庆磊,翟璐璐,吴大转,王乐勤.  工程热物理学报. 2012(04)
[9]双吸离心泵吸水室和压水室压力脉动特性试验研究[J]. 姚志峰,王福军,肖若富,何成连.  水利学报. 2012(04)
[10]液力透平非定常压力脉动的数值计算与分析[J]. 杨孙圣,孔繁余,张新鹏,黄志攀,成军.  农业工程学报. 2012(07)

硕士论文
[1]泵壳对核主泵性能的影响[D]. 张栋俊.大连理工大学 2010
[2]AP1000核反应堆用冷却剂泵水力模型的设计与研究[D]. 李良.大连理工大学 2010



本文编号：3316404