余熱排出泵內(nèi)部不穩(wěn)定流動(dòng)數(shù)值模擬及試驗(yàn)研究.pdf

1、余熱排出泵是核電站最關(guān)鍵的核動(dòng)力設(shè)備之一，其運(yùn)行范圍較大。在非設(shè)計(jì)工況下運(yùn)行時(shí)，泵內(nèi)易產(chǎn)生不穩(wěn)定流動(dòng)現(xiàn)象，這些不穩(wěn)定流動(dòng)會(huì)限制泵的高效運(yùn)行范圍，降低泵的穩(wěn)定性和可靠性。本文采用理論分析、數(shù)值模擬和試驗(yàn)驗(yàn)證的方法來(lái)研究余熱排出泵內(nèi)部不穩(wěn)定流動(dòng)特性。本文主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下:
　　1.介紹了余熱排出泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，闡述了離心泵內(nèi)部不穩(wěn)定流動(dòng)的類(lèi)型及產(chǎn)生機(jī)理，并簡(jiǎn)要介紹了壓力脈動(dòng)的分類(lèi)及應(yīng)用。
　　2.采用SST

2、k-ω湍流模型對(duì)模型泵進(jìn)行多工況定常數(shù)值計(jì)算，得到了泵的速度場(chǎng)、壓力場(chǎng)和湍動(dòng)能分布情況，研究結(jié)果表明:葉輪進(jìn)口回流的初始流量點(diǎn)為0.8Qd，隨著流量的減小，回流強(qiáng)度增強(qiáng)且向上游發(fā)展;葉輪內(nèi)失速旋渦初生流量點(diǎn)為0.7Qd，導(dǎo)葉內(nèi)失速現(xiàn)象的初始流量點(diǎn)為0.5Qd，在靠近葉輪進(jìn)口葉片背面?zhèn)犬a(chǎn)生了與葉輪旋轉(zhuǎn)方向相同的失速旋渦，在靠近葉輪出口葉片工作面?zhèn)犬a(chǎn)生了與葉輪旋轉(zhuǎn)方向相反的軸向漩渦，而導(dǎo)葉內(nèi)失速旋渦的產(chǎn)生位置為導(dǎo)葉流道進(jìn)口處。
　　3

3、.在定常計(jì)算的基礎(chǔ)上對(duì)模型泵進(jìn)行非定常數(shù)值計(jì)算，分析了葉輪和導(dǎo)葉內(nèi)不穩(wěn)定流動(dòng)隨流量和時(shí)間的變化情況，研究結(jié)果表明:
　　(1)葉輪內(nèi)失速旋渦的初始流量點(diǎn)為0.8Qd，產(chǎn)生位置為葉輪進(jìn)口葉片背面靠近前蓋板處，在葉輪的旋轉(zhuǎn)作用下，失速旋渦逐漸由兩個(gè)流道擴(kuò)散至四個(gè)流道;隨著流量的減小，各流道內(nèi)均產(chǎn)生失速旋渦，產(chǎn)生位置逐漸向葉輪出口靠近，且影響范圍擴(kuò)大到后蓋板附近。
　　(2)導(dǎo)葉內(nèi)失速現(xiàn)象的初始流量點(diǎn)為0.5Qd，產(chǎn)生位置為導(dǎo)葉葉

4、片進(jìn)口吸力面?zhèn)?，初始時(shí)刻，流道內(nèi)存在雙渦和三渦的流動(dòng)結(jié)構(gòu)，隨著葉輪的旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)葉出口兩個(gè)獨(dú)立的分離渦匯聚成一個(gè)大尺度渦，三渦團(tuán)結(jié)構(gòu)發(fā)生潰滅;隨著流量的減小，三渦團(tuán)結(jié)構(gòu)重新產(chǎn)生，旋渦尺寸增大，使得部分流道發(fā)生堵塞。
　　4.簡(jiǎn)要闡述了壓力脈動(dòng)的基本理論，同時(shí)對(duì)葉輪、導(dǎo)葉流道內(nèi)的壓力脈動(dòng)特性進(jìn)行了分析，研究結(jié)果表明:
　　(1)不同流量工況下，葉輪內(nèi)壓力脈動(dòng)的主頻均為轉(zhuǎn)頻倍頻，倍數(shù)值與導(dǎo)葉葉片數(shù)相關(guān)，說(shuō)明葉輪內(nèi)的壓力脈動(dòng)主要由轉(zhuǎn)頻

5、決定，且受導(dǎo)葉影響;導(dǎo)葉內(nèi)壓力脈動(dòng)的主頻均為葉頻倍頻，說(shuō)明導(dǎo)葉內(nèi)的壓力脈動(dòng)主要由葉頻決定，由動(dòng)靜干涉作用引起。
　　(2)同一流量工況下，從葉輪出口向進(jìn)口和從導(dǎo)葉進(jìn)口向?qū)~出口發(fā)展過(guò)程中，壓力脈動(dòng)強(qiáng)度均逐漸減弱;隨著流量的減小，葉輪與導(dǎo)葉內(nèi)的主頻和高強(qiáng)度的壓力脈動(dòng)成分均逐漸向低頻區(qū)靠近。
　　(3)葉輪出口和導(dǎo)葉內(nèi)的壓力脈動(dòng)系數(shù)幅值均在設(shè)計(jì)流量點(diǎn)達(dá)到極小值，越偏離設(shè)計(jì)點(diǎn)，壓力脈動(dòng)系數(shù)幅值越大，泵內(nèi)流動(dòng)越不穩(wěn)定。
　　5