發(fā)布時間：2020-05-07 20:25

【摘要】：第四代核能系統(tǒng)的研發(fā)需求促進了各類概念堆型,如氣冷快堆、熔鹽反應(yīng)堆、鈉冷快堆等的研究,其中鈉冷快堆具有導熱性能好、冷卻性能優(yōu)異、安全性高等優(yōu)勢,是各國大力發(fā)展的重要堆型。而圓柱直線感應(yīng)電磁泵(Annular linear induction pump,ALIP)是以電磁感應(yīng)生成的洛倫茲力作為導電液體的推動力,因此特別適合作為液態(tài)鈉冷卻快中子反應(yīng)堆冷卻回路的冷卻泵,受到越來越多的關(guān)注。相較于傳統(tǒng)的機械泵,ALIP泵沒有旋轉(zhuǎn)機構(gòu),全封閉設(shè)計保證了其優(yōu)異的防泄漏性能;ALIP泵的結(jié)構(gòu)相對簡單,無需安裝軸承、潤滑等輔助零件,維護成本降低;機械振動小,噪聲低。然而,ALIP泵的總體效率較低,在非額定工況下泵的流道內(nèi)部會出現(xiàn)流動不穩(wěn)定現(xiàn)象,極大地影響了ALIP泵的效率。因此,亟需對ALIP泵體的結(jié)構(gòu)形式進行優(yōu)化設(shè)計,以期能產(chǎn)生合理的感應(yīng)電磁場,使該泵能在不同流量工況下保持一定的流動穩(wěn)定性和效果。本文參照俄羅斯D.V.Efremov研究所的額定流量7m3/min的ALIP-2進行研究,主要研究工作及成果如下:(1)基于有限元方法,建立麥克斯韋方程與納維-斯托克斯方程的磁-流耦合模型,進行了二維與三維磁流耦合的模擬和理論探究。探究在圓柱坐標系下的二維模型,僅計算周向的磁矢勢及兩個方向的速度場,給出了二維模型圓柱坐標下的安培定律。在三維模型中,通過添加標量電勢,采用棱邊元法耦合計算瞬態(tài)的電磁場與流場。通過迦遼金法進行變量降階,建立了三維安培定律、電流的連續(xù)性方程的弱形式,從而為之后的復雜磁流耦合模型奠定理論基礎(chǔ)。(2)使用COMSOL對二維軸對稱的單側(cè)線圈模型泵(SS泵)和內(nèi)外側(cè)線圈布置比例分別為1(DS1泵)和0.5(DS2泵)的雙側(cè)模型泵進行模擬計算。計算結(jié)果表明,在額定流量工況下,DS2泵的壓差相較于SS泵提高了30%。與單側(cè)線圈模型泵(SS泵)相比,DS2泵的效率約為SS泵的效率的兩倍,DS1泵的效率較SS泵提高了26%,可以表明雙側(cè)線圈分布對效率的提升有顯著效果,而內(nèi)外線圈比例為0.5的雙側(cè)DS2泵效率提高最明顯。大流量工況下,DS2泵內(nèi)沿第一級中間(S4)至最后一級中間(S6)的區(qū)域速度分布在三種泵型中最均勻,而出口處的偏差值較大,表明力的端部效應(yīng)影響了管內(nèi)流動。小流量工況下,DS2泵速度比SS泵分布更平穩(wěn)。本研究表明雙側(cè)線圈布置的DS2泵結(jié)構(gòu)形式可有效提高流動的均勻性。進一步分析雙側(cè)線圈DS2、DS1泵內(nèi)洛倫茲力分布發(fā)現(xiàn),在大流量工況下,雙側(cè)線圈DS泵的洛倫茲力在泵的中下段區(qū)域均出現(xiàn)了駝峰,其中DS2泵的駝峰較DS1泵更明顯。計算結(jié)果表明,導電流體磁感應(yīng)強度沿徑向的斜率改變致使洛倫茲力產(chǎn)生波峰,導電流體磁感應(yīng)強度沿徑向的斜率變化程度決定了洛倫茲力的駝峰凸起程度。(3)不考慮空氣及不銹鋼管的影響,建立了一個簡單的三維磁流耦合模型,并在電場強度中添加了一個拉格朗日乘數(shù)作為電勢來改造mf模塊,添加了電流守恒方程的弱形式及庫侖規(guī)范方程。參考二維模型的邊界條件,給定邊界條件磁矢勢Aθ,對三維模型進行磁流耦合瞬態(tài)計算。計算結(jié)果表明,三維模型的外特性在數(shù)值上與二維模型相一致,表明本方法進行ALIP泵瞬態(tài)計算的可行性。對徑向時均速度,徑向時均洛倫茲力及徑向時均磁感應(yīng)強度進行分析。結(jié)果表明額定工況下,流體流經(jīng)中下段區(qū)域徑向時均速度比較平穩(wěn)。速度的分布趨勢與洛倫茲力的分布趨勢相反,當管內(nèi)速度最大時,洛倫茲力最小。在入口處的徑向時均磁感應(yīng)強度均大于二維模型,流經(jīng)中下段區(qū)域時,磁感應(yīng)強度的分布趨勢與二維模型一致�？偠灾�,由于三維數(shù)值模擬是在泵的額定流量工況下的,ALIP泵的數(shù)值模擬結(jié)果未顯示任何流動不穩(wěn)定性。將在接下來的工作中開展在小流量工況下流動不穩(wěn)定性的研究。
【圖文】：

圖 1-3 電磁泵的主視圖 Fig.1-3 Birds-eye view of ALIP pump ALIP 電磁泵的工作原理可與直線電部定子從一軸截面剖開拉長即為線性電而電機定子類比于直線電機初級定子。電磁泵內(nèi)運動的液態(tài)金屬，因此可將電法進行初步設(shè)計。如圖 1-6 所示，，將三場可在通道內(nèi)部金屬液體中產(chǎn)生相同頻與通道流體內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流。由于感應(yīng)兩者作用產(chǎn)生的洛倫茲力驅(qū)動液體沿軸

江 蘇 大 學 碩 士 學 位 論 文達簡單，我們將 ( a)寫成 函數(shù)。則式（2-15）可( ) ( ) 1 ( ) ( ) 1 ( )( ) ( ) ( ) n n n n nT Ta K K Q p( ) ( ) ( )n nT TK K a( ) ( ) ( )n nP P a 展開式（2-15）僅取線性項，所以( n 1)a 仍是近似解滿足收斂條件。的求解過程如圖 2-1 所示[40]。圖 a 為收斂情況，圖
【學位授予單位】：江蘇大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TL353.12

【參考文獻】

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本文編號：2653507