核電站上充泵瞬變工況內(nèi)部流動(dòng)特性分析.pdf

1、上充泵是核電站一回路化學(xué)和容積控制系統(tǒng)的重要組成部分,屬于核Ⅱ級(jí)設(shè)備。核電安全標(biāo)準(zhǔn)對(duì)上充泵的可靠性及穩(wěn)定性要求極高,因此,對(duì)上充泵瞬變工況內(nèi)部流動(dòng)特性進(jìn)行分析具有重要的意義。
　　 本文首先采用多工況水力設(shè)計(jì)和反問(wèn)題設(shè)計(jì)相結(jié)合的設(shè)計(jì)方法對(duì)上充泵首級(jí)葉輪水力模型進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),經(jīng)CFD數(shù)值模擬與樣機(jī)試驗(yàn)驗(yàn)證了優(yōu)化后水力模型的準(zhǔn)確性。在此基礎(chǔ)上,對(duì)CFX邊界條件進(jìn)行二次開發(fā),分別得出上充泵由額定運(yùn)行工況向最高效率工況及小流量上充工況時(shí)

2、內(nèi)部流動(dòng)規(guī)律。旨在全面探索上充泵多工況瞬變水力特性,為推動(dòng)我國(guó)核電關(guān)鍵設(shè)備技術(shù)水平提供理論基礎(chǔ)。主要工作及創(chuàng)造性成果有:
　　 1、針對(duì)上充泵運(yùn)行工況要求,采用多工況設(shè)計(jì)法對(duì)葉輪的水力模型進(jìn)行設(shè)計(jì),利用改進(jìn)型的多目標(biāo)遺傳算法(NSGA-Ⅱ)對(duì)首級(jí)葉輪模型進(jìn)行反問(wèn)題優(yōu)化設(shè)計(jì)。對(duì)優(yōu)化前、后的水力模型進(jìn)行性能預(yù)測(cè)、制作成樣機(jī)并進(jìn)行外特性試驗(yàn)。結(jié)果表明:將樣機(jī)試驗(yàn)結(jié)果與所要求工況點(diǎn)對(duì)比發(fā)現(xiàn),樣機(jī)水力性能符合要求,經(jīng)優(yōu)化后的水力模型不僅更

3、接近上充泵實(shí)際使用工況的要求,同時(shí)也提高了抗汽蝕性能。
　　 2、采用CFX對(duì)上充泵水力模型進(jìn)行定常數(shù)值模擬,研究分析上充泵內(nèi)部壓力、速度分布規(guī)律。分析結(jié)果表明:最高效率工況下,葉片背面流速較工作面流速要大,且越靠近葉輪出口相對(duì)速度越接近。大流量工況下,葉輪內(nèi)出現(xiàn)明顯脫流。小流量工況下,首級(jí)葉輪內(nèi)回流機(jī)會(huì)增多,流體失速明顯,造成的水力損失較大。在正導(dǎo)葉的導(dǎo)流及能量轉(zhuǎn)換作用下,有效實(shí)現(xiàn)減速增壓的過(guò)程;而在反導(dǎo)葉流道出口附近出現(xiàn)不同

4、程度的漩渦,漩渦的存在導(dǎo)致水力損失的增加。這為模型的改進(jìn)提高提供了依據(jù)。
　　 3、在定常計(jì)算為基礎(chǔ)上,對(duì)上充泵水力模型在瞬變工況過(guò)渡過(guò)程下的非穩(wěn)定流動(dòng)進(jìn)行數(shù)值模擬,分別分析了由上充工況到最高效率工況、上充工況到上充小流量工況下的瞬變過(guò)渡過(guò)程中內(nèi)部瞬態(tài)壓力及速度的流動(dòng)變化規(guī)律。結(jié)果表明:(1)在變工況過(guò)程中,葉輪流道內(nèi)壓力波動(dòng)在短時(shí)間內(nèi)基本呈現(xiàn)為正玄曲線變化,且在變工況剛開始時(shí)波動(dòng)幅值較大,變工況將要結(jié)束時(shí)幅值趨于穩(wěn)定。(2)在