本文關(guān)鍵詞：CAP1400核主泵水力設(shè)計及瞬態(tài)空化特性研究

  更多相關(guān)文章： 核主泵 層約束水力設(shè)計 瞬態(tài)空化 數(shù)值模擬 試驗研究

【摘要】：反應(yīng)堆冷卻劑主循環(huán)泵(即“核主泵”),是核電站一回路系統(tǒng)中唯一旋轉(zhuǎn)設(shè)備,也是核電最關(guān)鍵的核動力設(shè)備之一。在失水事故工況下,由于壓力的降低導致核主泵葉輪內(nèi)部出現(xiàn)空化,不僅會增加核主泵及系統(tǒng)管路的振動,增加一回路系統(tǒng)設(shè)備的安全隱患;而且還將會降低核主泵的輸出壓力,無法提供壓力足夠的冷卻劑將堆芯內(nèi)的熱量帶走,長時間運行會導致堆芯過熱,嚴重時會使反應(yīng)堆燃料棒融化。失水事故工況下可靠運行是衡量核主泵性能的重要指標之一。因此失水事故工況下研究核主泵空化問題具有重要意義。本文以CAP1400核主泵為研究對象,結(jié)合失水事故工況下核主泵出現(xiàn)空化時的特性,對現(xiàn)有水力設(shè)計方法及空化理論進行對比分析與研究,獲得適用于失水空化工況的核主泵水力模型;在此基礎(chǔ)上,對核主泵發(fā)生空化工況下的瞬態(tài)水動力特性進行數(shù)值模擬及試驗。主要內(nèi)容如下:1.查閱相關(guān)資料,介紹了空化、基本控制方程、湍流模型及空化模型等流體力學基礎(chǔ)知識。在速度系數(shù)法和不等揚程理論的基礎(chǔ)上采用層約束方法對核主泵模型進行水力設(shè)計及結(jié)構(gòu)設(shè)計。2.為了有效控制汽泡運動規(guī)律,研究層約束位置對水力性能及汽泡的影響。研究結(jié)果表明:層約束位于核主泵葉片中間流線附近,可有效控制核主泵的水力性能�？拷酥鞅萌~輪前蓋板的約束層設(shè)計的葉片相對未分層葉片更靠近流道中間流線,可有效阻隔葉輪內(nèi)汽泡沿軸向的發(fā)展。因此,采用層約束可在犧牲部分水力性能的同時獲得較好的空化性能。3.在失水事故核主泵瞬態(tài)空化過渡過程中,葉輪所承受的徑向力呈12花瓣型分布;由于葉輪葉片與導葉葉片之間存在干涉,導致間隔90°分布的四個方向上存在雙波峰的特點。在瞬態(tài)空化過渡過程中,空化對葉輪的軸向力影響較大,其主要原因是汽泡的運動及發(fā)展會影響葉片表面壓力場分布,進而影響軸向力變化。4.通過研究空化過渡過程中核主泵葉輪內(nèi)汽體總體積變化規(guī)律,發(fā)現(xiàn)在臨界空化工況時葉輪內(nèi)汽體體積分數(shù)呈現(xiàn)暫態(tài)穩(wěn)定,隨后葉輪內(nèi)的汽體體積分數(shù)急劇增加;受空化初生工況下葉輪流道壓力分布不均的影響,葉輪內(nèi)部汽泡在各流道間呈非線性分布,隨著空化程度加深,各流道內(nèi)分布規(guī)律趨向一致;對于層約束葉片而言,汽泡主要集中在靠近后蓋板一側(cè)的下約束層葉片背面。5.核主泵模型泵具有效率高、高效區(qū)寬等優(yōu)點,其流量-功率曲線具有明顯的無過載特性。泵體在中截面上振動最小,偏離中截面后振動隨之增大;隔舌附近的泵體在低頻范圍內(nèi)振動尤為明顯;對比不同流量時各監(jiān)測點振幅變化情況可以發(fā)現(xiàn)在設(shè)計點時振動最小,模型泵設(shè)計合理;相較而言,泵體大流量工況下振動大于小流量工況,隨著流量的改變各測點振動情況隨之發(fā)生變化。6.模型泵隨著流量減小,各測點位置壓力變化與外特性流量-揚程曲線變化趨勢保持一致。當模型泵運行在設(shè)計工況時,各測點的壓力脈動均處于較弱的水平;偏離設(shè)計工況后內(nèi)部流動狀態(tài)惡化,壓力脈動振幅增加。
【關(guān)鍵詞】：核主泵 層約束水力設(shè)計 瞬態(tài)空化 數(shù)值模擬 試驗研究
【學位授予單位】：江蘇大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TM623;TH38
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 緒論11-18
• 1.1 課題研究背景11-13
• 1.2 課題研究目的和意義13
• 1.3 空化及其危害13-15
• 1.3.1 空化分類13-14
• 1.3.2 空化的危害14-15
• 1.4 課題研究現(xiàn)狀15-16
• 1.4.1 國內(nèi)外空化研究現(xiàn)狀15-16
• 1.4.2 國內(nèi)外瞬態(tài)多相流動研究現(xiàn)狀16
• 1.5 本課題研究的主要內(nèi)容16-18
• 第二章 基于層約束的葉輪水力設(shè)計方法18-29
• 2.1 水力設(shè)計方法概述18-19
• 2.2 CAP1400核主泵水力設(shè)計19-24
• 2.2.1 葉輪水力設(shè)計19-23
• 2.2.2 導葉、壓水室水力設(shè)計23-24
• 2.3 CAP1400核主泵層約束葉輪設(shè)計24-26
• 2.4 網(wǎng)格無關(guān)性檢查26-27
• 2.4.1 網(wǎng)格的分類及特點26
• 2.4.2 網(wǎng)格劃分26-27
• 2.5 本章小結(jié)27-29
• 第三章 基于CFD技術(shù)的核主泵葉輪優(yōu)化設(shè)計29-44
• 3.1 數(shù)值計算基礎(chǔ)理論29-35
• 3.1.1 湍流模型29-32
• 3.1.2 空化模型32-35
• 3.2 邊界條件及計算方法35
• 3.3 定常數(shù)值模擬結(jié)果及分析35-43
• 3.3.1 層約束葉片對核主泵外特性的影響35-37
• 3.3.2 層約束葉片對核主泵空化性能的影響37-39
• 3.3.3 空化工況下內(nèi)部流場分析39-43
• 3.4 本章小結(jié)43-44
• 第四章 CAP1400核主泵空化瞬態(tài)特性研究44-62
• 4.1 空化瞬態(tài)特性計算方法44-45
• 4.1.1 邊界條件44
• 4.1.2 監(jiān)測點的選取44-45
• 4.2 空化過渡過程瞬態(tài)流動特性分析45-60
• 4.2.1 葉輪瞬態(tài)徑向力、軸向力變化45-48
• 4.2.2 葉輪流道內(nèi)汽體分布48-50
• 4.2.3 泵內(nèi)瞬態(tài)壓力分析50-57
• 4.2.4 瞬態(tài)空化下壓水室擴壓作用分析57-60
• 4.3 本章小結(jié)60-62
• 第五章 CAP1400核主泵空化試驗研究62-77
• 5.1 模型泵相似換算62-63
• 5.2 試驗裝置與試驗步驟63-67
• 5.2.1 核主泵空化試驗臺63-64
• 5.2.2 試驗儀器及其參數(shù)64
• 5.2.3 試驗注意事項64-65
• 5.2.4 振動及壓力脈動測點及采集設(shè)置65-66
• 5.2.5 試驗步驟66-67
• 5.3 試驗結(jié)果與分析67-75
• 5.3.1 外特性試驗結(jié)果67
• 5.3.2 空化試驗結(jié)果67-68
• 5.3.3 未空化工況下振動與壓力脈動試驗結(jié)果68-73
• 5.3.4 瞬態(tài)空化下振動、壓力脈動試驗結(jié)果73-75
• 5.4 本章小結(jié)75-77
• 第六章 總結(jié)與展望77-80
• 6.1 研究結(jié)果總結(jié)77-78
• 6.2 工作展望78-80
• 參考文獻80-84
• 致謝84-85
• 攻讀碩士期間發(fā)表的學術(shù)論文及工作內(nèi)容85-86
• 一、發(fā)表論文85
• 二、參加科研項目85
• 三、受理及授權(quán)專利85-86
• 四、已獲成果86

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3 王勤湖;劉軍生;洪振e，

本文編號：528577