【摘要】：余熱排出泵是唯一一種安放在核島安全殼內(nèi)的核電站二級泵,同時作為核電站余熱排出系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備,存在于一級回路系統(tǒng)中,它主要的功能是排出系統(tǒng)中的余熱,它的運行穩(wěn)定性直接影響著核電站的運行安全具有非常重要的作用。由于開機排氣的過程中造成余熱排出泵處于復(fù)雜的氣液兩相流動狀態(tài),泵的揚程和效率均會出現(xiàn)較大的影響,且其泵內(nèi)部流動特性表現(xiàn)得就更為復(fù)雜且不易捕捉。因此在氣液兩相流工況下,對余熱排出泵流動機理和特性展開研究,對其設(shè)計以及核電站安全穩(wěn)定性都有重要的意義。通過對余熱排出泵水力模型進(jìn)行設(shè)計,本文在氣液兩相流工況下,基于數(shù)值計算方法計算了泵內(nèi)部流場,得到了余熱排出泵內(nèi)整個流場的流動特征,結(jié)論如下:(1)對設(shè)計的余熱排出泵進(jìn)行了單相定常計算,得到了其外特性性能曲線圖和內(nèi)部流場流動規(guī)律,同時對余熱排出泵樣機進(jìn)行了外特性試驗驗證,數(shù)值計算結(jié)果與試驗結(jié)果變現(xiàn)為良好的匹配性。(2)基于對泵內(nèi)壓力脈動產(chǎn)生機理分析,在3個典型流量0.8Q、1.0Q和1.2Q工況下,研究了不同含氣率10%、15%、20%和30%對余熱排出泵的內(nèi)部流場的影響,得到了其外特性變化特征,還分析了泵內(nèi)壓力脈動分布特性。(3)定義了導(dǎo)葉周向相對位置安放角α,在設(shè)計流量下以及4個含氣率10%、15%、20%和30%工況下,研究了不同導(dǎo)葉周向安放角度0、10°、20°和40°對余熱排出泵內(nèi)部流場的影響特性,得到了其外特性變化特征,研究了葉輪與導(dǎo)葉動靜干涉作用下葉輪徑向力的變化規(guī)律,同時還得到了余熱排出泵在不同含氣率下的內(nèi)部流場特性。通過對余熱排出泵氣液兩相流工況下的研究,旨在揭示泵在運動過程中的流動特性,特別是泵內(nèi)氣液混合所表現(xiàn)出來的復(fù)雜流動特征,進(jìn)而為余熱排出泵的設(shè)計和優(yōu)化提供一定的理論依據(jù)和參考。同時由于本文僅在3個流量工況下研究了余熱排出泵的特性,后續(xù)的研究可以在小流量和大流量工況下做更深入的研究,而且還可以對余熱排出泵高溫高壓真實的運行工下進(jìn)行研究分析,為工程應(yīng)用奠定理論基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：浙江工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TM623
【圖文】：

全球溫室效應(yīng)越來越顯著，全球氣候變暖、溫室氣體排放，另一方面全球化石能源面臨枯竭，能源危機也逐漸加劇，在這種情形下，核能是解決上述環(huán)境和能源危機的出路之一[1-3]。核電是幾乎對大氣零排放的清潔能源，同時又是高效的能源，積極發(fā)展核電和推進(jìn)核電建設(shè)，不僅能響應(yīng)經(jīng)濟(jì)和社會對可持續(xù)能源發(fā)展的需求，還能減少煤電對環(huán)境的破壞，維護(hù)環(huán)境[4-5]，核電站如圖 1-1 所示。另外，核電的發(fā)展有利于我國實現(xiàn)電力工業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化和可持續(xù)發(fā)展，提升我國綜合國力。國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃（"973計劃"）自一九九七年制定實施以來始終堅持面向國家重大需求，立足國際科學(xué)發(fā)展前沿，解決中國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展和科技自身發(fā)展中的重大科學(xué)問題。計劃中指出大力發(fā)展核能是針對我國能源供應(yīng)緊張、石油安全問題凸現(xiàn)、能源效率低下、環(huán)境污染嚴(yán)重、可持續(xù)發(fā)展壓力巨大的嚴(yán)峻形勢的重要出路之一[6]。二 00 七年十月，《國家核電發(fā)展專題規(guī)劃(2005-2020 年)》正式得到了國務(wù)院批準(zhǔn)，該規(guī)劃確定了我國的核電發(fā)展的思路是走引進(jìn)、消化和吸收，然后自主創(chuàng)新的路線，首先是要全面攻破第三代百萬千瓦級壓水堆核電站工程設(shè)計和設(shè)備制造技術(shù)，到 2020 年形成較大規(guī)模批量化建設(shè)中國品牌核電站的能力[7-9]。

在百萬千瓦核電站中的重要設(shè)備中，余熱排出泵是唯一一種安放在核島安全殼內(nèi)的站二級泵，同時作為 RRA 的重要組成部分，它的運行穩(wěn)定性直接影響著核電站的安全，具有非常重要的作用[12]。余熱排出泵存在于一級回路系統(tǒng)中，在反應(yīng)堆停的過程中，反應(yīng)堆冷卻劑通過余熱排出泵流經(jīng)到 RRA 熱交換器，然后回到反應(yīng)堆容器中，并在兩者之間循環(huán)運動，使反應(yīng)堆中的余熱排放出去，從而確保核電廠正常停堆和非正常停堆仍能穩(wěn)定運行狀態(tài)。與此同時在眾多核電廠中，余熱排出泵到低壓安全注射功能[13-14]。余熱排出泵結(jié)構(gòu)圖如圖 1-2 所示，其結(jié)構(gòu)形式一般為單級單吸、臥式、后開門式，并由中心線支承。其中多采用水平吸入、豎直方向排出的結(jié)構(gòu)形式。葉輪外端并有徑向?qū)~，起到平衡徑向力的作用，壓水室為環(huán)形結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)如圖 1-3 所示由于其在核電領(lǐng)域特殊的運用場合，設(shè)計壽命需達(dá)到 40 年，而且要求其 Q-H 曲線在從最小流量到最大流量變化范圍內(nèi)不會出現(xiàn)過大的變動，且在規(guī)定的任何工況下有汽蝕現(xiàn)象產(chǎn)生。其振動頻率必須控制在 10~1000 Hz 范圍內(nèi)，同時還對其作常溫8℃熱沖擊試驗等。

圖 3-1 葉輪流體域重要過流部件，它主要起著過流作用，改3 2D =（ 1 .03 ~ 1.05）D 轉(zhuǎn)速較高或尺寸較小時取大值，反之取b32之差最小不應(yīng)小于 2mm，一般推薦導(dǎo)葉b3=（1.15~1.25）b2Zd 4~10 片，要求喉部濕周盡可能小，使該

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