错列导叶对反应堆冷却剂泵水力性能的影响

本文采用数值模拟对交错形式的导叶叶片对于三代核电站反应堆冷却剂泵性能的影响进行研究。通过数值模拟和试验结果的比较验证了数值模拟的有效性。数值研究获得了不同交错叶片导叶方案下核主泵性能的变化。得到了水力性能曲线,轴向力曲线和压力脉动频谱图。数值结果表明:在额定流量下交错叶片稍微减少了水力效率,但对扬程、轴向力和功率几乎没有影响。交错叶片导叶有利于压力脉动,降低了水力部件内部压力脉动的振幅幅值,交错角3/4的方案是一个比较好的选择。     

错列导叶对CAP1400核主泵水力性能的影响

本文采用数值模拟对交错形式的导叶叶片对于大功率屏蔽电机主泵性能的影响进行研究。通过数值模拟和试验结果的比较验证了数值模拟的有效性。数值研究获得了不同交错叶片导叶方案下大功率屏蔽电机主泵性能的变化。得到了水力性能曲线,轴向力曲线和压力脉动频谱图。数值结果表明交错叶片导叶对大功率屏蔽电机主泵性能的影响：在额定流量下交错叶片稍微减少了水力效率,但对扬程,轴向力和功率几乎没有影响。交错叶片导叶有利于压力脉动;交错叶片导叶降低了水力部件内部压力脉动的振幅幅值。交错角3/4的方案是一个比较好的选择。     

导叶周向布置位置对核主泵压力脉动的影响

基于RNG k-ε湍流模型和滑移网格模型,对核主泵导叶在不同周向位置缩比模型的内部流动进行全三维非定常数值计算。研究导叶周向布置位置对叶轮出口、叶轮-导叶间隙处以及泵壳内压力脉动的影响规律,并分析导叶周向位置对导叶下游流动的影响,结果表明:导叶周向位置对模型泵内压力分布影响较大,在时域图中,导叶位置主要影响模型泵内压力脉动的波动幅度,导叶在α=0?时压力脉动的主波动幅度最小;在频域图中,导叶位置主要影响压力脉动能量幅值,导叶在α=0?时脉动能量幅值最小。叶轮出口的压力脉动能量幅值最大,泵壳内的能量幅值最小,压力脉动主要由动、静叶间的相互干涉引起。叶轮出口、叶轮-导叶间隙处的压力脉动频率主要受叶频影响,泵壳内的压力脉动频率仅与转频有关。导叶周向位置对导叶下游的内部流动影响较大,导叶在α=0?时截面B—B内的压力分布均匀、压力梯度小。合适的导叶周向位置可有效改善泵内的压力脉动分布,进而降低泵的振动。     

密封口环间隙对核主泵CAP1400瞬态特性的影响

核主泵密封口环间隙泄漏流会与过流部件主流流道形成交互作用,进而影响核主泵内部载荷,带来不稳定的瞬态流动,给核主泵的安全可靠性带来致命的威胁。为此本文利用RNG k-ε湍流模型来数值求解CAP1400核主泵三维内部流场,并分析密封口环间隙对内部非定常流动特性的影响,该数值方法得到了试验验证。研究结果表明:密封口环间隙流会很大程度上影响核主泵动叶与导叶之间的压力脉动干涉,还会通过叶轮上盖板腔室反馈到叶轮进口,并且增大相应频域上的压力脉动幅值,其最大增幅可达到74.5左右,同时还会导致叶轮叶片径向载荷发生周期性突变,影响核主泵的安全可靠性。     

1000 MW核主泵水力计算与压力脉动分析

本文以1000 MW核电轴流式核主泵为研究对象,首先对稳态条件下核主泵全流道流场进行计算,通过与试验值进行对比,验证了CFD数值计算准确性和精度。同时为了掌握核主泵全流道压力脉动特性,以稳态计算结果为初始条件,对核主泵非稳态数值计算,在计算中轴流泵设置了15个压力脉动监测点。计算结果表明:泵壳进口区域压力脉动为规则正弦波,主要频率为叶频;叶轮和导叶相互作用影响,压力脉动变化较复杂,脉动频率成分较多且脉动幅值较大;泵壳出口区域总体脉动较弱。     

基于动网格的单作用滑片泵流量特性分析

采用CFD动网格技术和编译自定义函数,并结合SSTk-ε湍流模型对单作用滑片泵泵内部流场进行非定常数值模拟,得到了在不同输送介质和泵体结构下,泵内部瞬时流量和监测点压力脉动情况,并分析了流量脉动产生的原因。结果表明:动网格技术模拟结果可清晰地描述工作腔内部的瞬时流量和压力的变化情况;合理设计配流盘转角和V型槽的结构,可有效地控制瞬时流量脉动和压力脉动;随着滑片数的增加,瞬时流量脉动幅度有减小的趋势,选取奇数滑片更有利于泵流量的稳定;输送介质的体积弹性模量也是影响流量特性的重要因素之一。     

导叶叶片数对轴流式油气混输泵内部非定常流场的影响

为了阐明导叶叶片数对轴流式油气混输泵内部非定常流场的影响,基于Mixture模型的两相流理论,湍流模型采用SST模型,以自主研制的YQH-100油气混输泵为研究对象,对油气混输泵不同导叶叶片数及不同含气率时的内部非定常流场进行了数值计算。结果表明:随着导叶叶片数的增加,油气混输泵的扬程下降趋势逐渐变缓,其最大差值为7.9%;油气混输泵的效率在含气率为0时先升高后降低,在含气率为0.5时逐渐升高,其最大差值为3.7%。对监测点压力脉动的变化分析表明,含气率为0.5时,监测点压力脉动的幅值更大。随着导叶叶片数的增加,导叶流道内压力脉动的变化更明显,压力脉动幅值的衰减变缓,叶频压力脉动的幅值逐渐减小。研究结果为导叶叶片数为9时,油气混输泵内非定常流动特性更好,由二级叶轮气相分布也能反映出混输泵的运行更稳定。     

小型堆核主泵水力优化设计及试验研究

以更安全、更高效、更经济为主要特征的新一代核能技术及其多元化应用,成为全球核能科技创新的主要方向。小型反应堆因其安全、经济、可移动等优点而具有广阔的应用前景,小型核主泵的研究也受到了诸多学者的关注。对小型堆核主泵的水力开发进行研究,采用CFD数值模拟和试验验证相结合的方法,对小型堆核主泵进行水力优化设计。首先基于设计输入参数确定关键水力部件基本结构参数,对小型堆核主泵的叶轮和导叶进行初始模型的建模,采用三维软件对进口吸入段、叶轮、导叶及泵壳进行建模;其次利用6因素3水平的L18(63)正交表对小型堆核主泵水力进行正交优化设计,将不同因素与水平合理分为18组试验方案,并对18组模拟结果进行极差分析,选取最佳参数组合;最后与优化前模型的外特性和汽蚀特性进行对比,并对优化后的模型进行了内部流动分析。优化模型进行实体制造并通过试验验证,一方面证实了正交优化设计方法是可行的,另一方面优化后的小型堆主泵模型具备了较优的性能,促进了小型堆核电技术发展。     

旋流泵内部非定常压力脉动分析

为了深入分析旋流内部流场的压力脉动特性,建立旋流泵数值计算模型,基于标准k-ε湍流模型,开展旋流泵内部流动结构的非定常计算,分析旋流泵进口、出口及压水室的监测点的压力脉动情况,探讨各处压力时域与频域图变化规律,并对脉动特性进行试验验证。结果表明:不同工况下旋流泵压力波动呈现明显的周期性变化;叶轮与隔舌处的干涉作用是压力脉动的来源,隔舌处的脉动主频以叶频为主;旋流泵内部充满大量回流与漩涡,也是造成流动不稳定的因素,该研究结果为旋流泵的稳定运行提供了理论依据。     

球形压水室扩散管位置对核主泵性能的影响

根据AP1000核主泵设计参数,利用泵一维设计理论,设计了核主泵的叶轮,导叶和球形泵壳。应用Pro-e软件进行了三维造型及装配;利用CFD软件Fluent进行了数值模拟运算。分析了压水室扩散管位置对核主泵性能的影响,得到了核主泵内的总压分布;静压分布;速度矢量分布和流线图。数值模拟结果清楚的反映了核主泵内部流场的特点。     

大型混流式模型机组动应力及压力脉动测试研究

最近几年在若干水力工程中,由于设计及机组运行调度的不合理,一些电站的机组,尤其是转轮叶片出现了局部裂纹问题,这引起了业界的高度关注。为此,东方电机在模型机组和真机上开展了叶片表面的动应力及表面压力脉动的测试。呈现模型机组测试的结果,通过这种测试发现最大的压力脉动幅值出现在转轮进口边区域,叶片表面上的压力脉动幅值明显大于转轮与活动导叶动静干涉所在的无叶区诱发的压力脉动幅值以及尾水涡所在的尾水管区域诱发的压力脉动幅值。叶片表面的压力脉动对应的主频和动应力对应的主频一致,主要为叶片数通过频率。动应力表现为类转频、尾水涡频率和动静干涉频率的叠加。     

非设计工况下带分流叶片半开式离心叶轮内部流动特性数值研究（英文）

In order to investigate the complex flow characteristics inside an unshrouded centrifugal impeller with splitter blades at off-design conditions, and analyze its influence on pump operation stability, a numerical simulation study was carried on using the curvature-corrected SST-CC turbulence model; the head and efficiency accorded with experimental results. The pressure fluctuation, unsteady radial force and velocity were analyzed quantitatively and the numerical results indicate this: the peak to peak value of pressure fluctuation in the impeller channel gradually increases in the flow direction and at 0.49 Qn, the slope of peak to peak value to normalized impeller channel behind the splitter blade is 8.57 times greater than that before the splitter blade. The greater the flow rate deviates from the design condition, the larger the peak to peak value of the pressure fluctuation and radial force; in particular at 0.27 Qn, the maximum radial force is 194.29% greater than that of the design condition. When the operating flow rate is smaller than0.83 Qn, the stall occurs and the stall vortex could block the impeller discharge; as the flow rate decreases further, the pressure amplitude at rotational frequency gradually increases in the impeller channel and the prevailing frequency changes from the blade passage frequency(BPF) to the rotating stall frequency in the diffuser. The tip leakage vortex(TLV) is generated in the tip region and rotated move downstream in the impeller flow channel, and the backflows appear on the blade suction side and in the tip and the tongue regions; the smaller the flow rate, the more serious the TLV and backflow phenomenon. The rotating stall causes uneven flow in the impeller channel, increasing the pressure fluctuation and the radial force, and resulting in an imbalance of the impeller rotation.     

基于OpenFOAM的导叶式离心泵数值模拟研究

针对目前有关OpenFOAM对带导叶这种特殊结构的离心泵的计算研究较少且没有形成系统性研究的现状,为了验证OpenFOAM开源软件在导叶式离心泵数值计算方面的可靠性,分别对0.6Qd～1.4Qd流量工况下的导叶式离心泵进行外特性试验以及稳态和瞬态的数值计算.结果表明:OpenFOAM计算得到的外特性结果贴近试验数据,最...     

基于CFD/CA的离心泵流动诱导噪声数值预测

基于Lightill声类比理论,采用计算流体力学(Computational fluid dynamics, CFD)和计算声学(Computational acoustics, CA)相结合的算法对离心泵内部声场进行求解。基于SST k-ω湍流模型封闭雷诺时均方程,对离心泵内流场进行三维非定常计算。在流场计算的基础上采用边界元法对叶片偶极子源和蜗壳偶极子源的辐射声场进行求解,研究了蜗壳振动对声压级分布的影响,并搭建试验台对所提出的算法进行验证。结果表明,叶频及其倍频是流动诱导噪声的主要频率,隔舌附近监测点的压力脉动强度最大;声振耦合作用对声压级分布的影响不可忽略,模态振型所在的频率(580 Hz)下声振耦合作用的影响较大;泵出口场点的声压级比进口大,且均在叶频处最大,效率最高的工况点声压级最小;声场模拟和试验结果在趋势上基本吻合,最大相差3.1%,肯定了所提数值算法的预测作用,可为离心泵低噪声优化设计提供参考。     

离心泵蜗壳内非定常流动特性的数值模拟及分析

基于RNG k-ε湍流模型和Zwart-Gerber-Belamri空化模型,对离心泵内部非空化和空化工况下的非定常流动特性进行数值模拟,分析空化模型中凝结项经验系数对数值模拟结果的影响,并根据试验结果修正离心泵空化流动数值模拟中凝结项经验系数;数值模拟得到的离心泵扬程随有效空化余量的变化曲线与试验结果吻合较好,验证数值计算模型和方法的准确性和可靠性。数值模拟结果表明：离心泵非定常流动中,非空化、临界空化和充分发展空化工况下,蜗壳内监测点的压力脉动主频均为叶片通过频率;空化对离心泵蜗壳内压力脉动的影响较大,非空化时压力脉动最大幅值在蜗舌处,空化时压力脉动最大幅值在第1断面附近,其原因是离心泵出现空化时第1断面处旋涡强度增强,且随时间变化剧烈,对流动产生强烈扰动。     

叶片厚度对混流式核主泵叶轮能量性能影响研究

基于三维不可压缩流体N-S方程和RNGκ-ε湍流模型,对混流式核主泵叶轮水力模型的能量性能进行了数值预测,研究了不同叶片厚度及其分布规律对混流叶轮模型水力性能的影响。通过分析叶轮叶片压力面、吸力面的静压分布,获得叶片表面的载荷分布及其变化规律。结果表明:随着叶轮叶片厚度减薄,最高效率值有所增大且高效点向大流量工况偏移;当叶片最厚处位置在靠近进口边约1/3处时,叶轮水力效率值最大;随着叶片最厚位置由进口向出口移动时,最高效率点向大流量工况偏移。     

The characteristics investigation under the unsteady cavitation condition in a centrifugal pump

Numerical simulation and experimental method are combined to investigate the pump inlet and outlet pressure fluctuations, the vibration characteristics and the internal flow instabilities under the unsteady cavitation condition in a centrifugal pump. It is found that the unsteady cavitation starts to generate as the NPSHa is lower than 5.93 m. Apparent asymmetric and uneven cavity volume distribution on each blade and in the impeller can be observed as the NPSHa decreases from 4.39 m to 1.44 m, which includes the cavitation develops from cavitation surge, rotating cavitation to asymmetric cavitation. The flow vortexes in each blade channel are produced in the cavity trailing edges by the shedding and collapse of cavitation, which interfere with each other and aggravate the flow instabilities. The dominant frequencies of the pump inlet and outlet pressure fluctuations are the shaft frequency and blade passing frequency under the unsteady cavitation conditions, respectively. Broadband pulses are obtained from both the pump inlet and outlet pressure pulsations, which results from the random shedding and collapse of unsteady cavitation bubbles. Obvious corresponding relationship between the root mean squares of the vibration measured in different positions and the suction performance curve is found under both the non-cavitation and unsteady cavitation conditions.

     

偏离工况下离心泵的压力脉动和振动分析

为分析偏离工况下离心泵压力脉动和振动情况,本文采用大涡模拟和滑移网格技术研究一离心泵在偏离工况下叶轮内部和叶轮与蜗壳动静干涉位置的压力脉动,并对其进行了频域分析。分析结果表明:离心泵内部流动产生的压力脉动主频多数情况下是其通过频率。在不同运行工况下,叶轮出口处的压力脉动幅值均最大,大流量偏离工况下离心泵内部各部分压力脉动特性与设计工况基本相同,只是脉动幅值略有增大;小流量偏离工况下,离心泵叶轮出口(叶轮和蜗壳动静干涉区域)压力脉动幅值有所增大,脉动主频不再是通过频率,而且其频谱宽度明显增大;当离心泵运行工况小于0.6Q时,压力脉动明显比设计工况剧烈。     

Investigation on Reduction of Pressure Fluctuation for a Double-Suction Centrifugal Pump

Double-suction centrifugal pumps have been applied extensively in many areas,and the significance of pressure fluctuations inside these pumps with large power is becoming increasingly important.In this study,a double-suction centrifugal pump with a high-demand for vibration and noise was redesigned by increasing the flow uniformity at the impeller discharge,implemented by combinations of more than two parameters.First,increasing the number of the impeller blades was intended to enhance the bounding effect that the blades imposed on the fluid.Subsequently,increasing the radial gap between the impeller and volute was applied to reduce the rotor-stator interaction.Finally,the staggered arrangement was optimized to weaken the efficacy of the interference superposition.Based on numerical simulation,the steady and unsteady characteristics of the pump models were calculated.From the fluctuation analysis in the frequency domain,the dimensionless pressure fluctuation amplitude at the blade passing frequency and its harmonics,located on the monitoring points in the redesigned pumps(both with larger radial gap)are reduced a lot.Further,in the volute of the model with new impellers staggered at 12°,the average value for the dimensionless pressure fluctuation amplitude decreases to 6% of that in prototype pump.The dimensionless rootmean-square pressure contour on the mid-span of the impeller tends to be more uniform in the redesigned models(both with larger radial gap);similarly,the pressure contour on the mid-section of the volute presents good uniformity in these models,which in turn demonstrating a reduction in the pressure fluctuation intensity.The results reveal the mechanism of pressure fluctuation reduction in a double-suction centrifugal pump,and the results of this study could provide a reference for pressure fluctuation reduction and vibration performance reinforcement of doublesuction centrifugal pumps and other pumps.