核电站冷凝泵首级叶轮与导流壳内流瞬态特性

为研究核电站冷凝泵首级叶轮与导流壳内流瞬态特性,建立叶轮与导流壳的水体模型并进行了数值模拟,得到不同工况下扬程波动的曲线、叶轮受到的径向力矢量分布以及设计工况下叶轮与导流壳内压力脉动的时域和频域特性。计算结果表明：大流量下的扬程振幅略高于小流量下的扬程振幅,当叶片出口掠经隔舌处时,扬程达到谷值,当叶片出口逐渐远离隔舌时,扬程达到峰值;从叶轮进口向叶轮出口压力脉动幅值递增;叶轮出口处,从叶片工作面向叶片背面压力脉动幅值递减,导流壳内部压力脉动主频接近叶频,导流壳隔舌附近的压力脉动振幅较大;叶轮在设计工况下径向力平均绝对值较小,且其指向大致与导流壳隔舌呈90°,当偏离设计工况时径向力产生明显的偏向。     

动静叶栅间隙对钠冷快堆二回路泵压力脉动特性的影响

为了研究动静叶栅间隙对钠冷快堆二回路泵压力脉动特性的影响,以钠冷快堆二回路泵原型样机为研究对象,基于剪切应力传输（SST）k-ω湍流模型,对5种导叶进口直径下的模型泵进行非定常数值计算,其中不同模型对应的动静叶栅相对间隙（s）分别为3.030%、4.545%、6.060%、7.575%和9.090%。获得了不同s的模型泵导叶流道区域的压力脉动特性及作用在转子上的径向力特性,分析结果表明:s为7.575%的模型泵,其扬程（H）和效率（η）均为5种模型中最高;导叶流道内各测点的压力脉动主频均为叶轮叶片通过频率,且各测点的叶频处压力脉动幅值沿导叶进口至出口方向逐渐降低;随着动静叶栅间隙增大,各测点处压力脉动及转子所受径向力脉动的叶频处幅值均逐渐降低,且高频脉动成分发生衰减;同时,转子所受径向力矢量大小和方向的波动性也逐渐减弱。      

核主泵启动过程压力脉动和径向力研究

为研究核主泵启动过程中压力脉动和径向力的变化规律,根据AP1000启动过程的物性变化规律及参数设置,采用统计学方法对泵内无量纲压力脉动强度进行描述,采用频谱法分析了叶轮径向力。结果表明:导叶流道的压力脉动强度明显强于叶轮流道,随工作温度升高,强度递减;叶轮和压水室的压力脉动强度较弱,随工作温度升高,呈现不规律变化;叶轮径向力在叶频的1倍频和2倍频的脉动幅值较小,随工作温度升高,呈现不规律变化;而叶轮径向力在5倍频的脉动幅值最大,且随工作温度升高,其值递减;核主泵偏离设计工作点运行于常温下会导致导叶流道压力脉动增强,导致主泵的径向振动增强。     

核主泵压力脉动及其诱导振动研究进展

文章综述了近十年来我国大功率核主泵工质流动结构、特别是非定常流动特性与压力脉动之间的关系,以及压力脉动诱发振动方面所取得的研究结果。主要总结了核主泵常规压力脉动和异常压力脉动行为、压力脉动产生的微观机制、压力脉动对振动影响及其抑制方法等研究进展。通过核主泵模型试验结合最新发展的流体动力学数值模拟计算,描述了叶轮与导叶间动静干涉的物理过程,确定了设计的正常工况、异常工况、制造特征参数的影响作用。揭示了压力脉动与振动的相干规律,提出了减少和抑制核主泵压力脉动诱导振动的有效措施。     

300 MW级核电站主泵压力脉动研究

以国内某300 MW级核电站主泵为对象,利用Navier-Stokes方程和标准k-ε湍流模型对其内部流场进行了非定常数值模拟,并根据模拟结果对丰泵叶轮进、出口和导叶出口处的压力脉动进行研究分析.结果表明:整个泵段的脉动频率主要受叶轮转动频率影响,对于叶轮段为球型的主泵,最大脉动幅值由叶轮入口前向导叶体不断减小,且沿叶高方向依次增大;在叶轮轮缘附近,由于受到球型泵壳的影响,脉动幅值出现减小.     

混流式主泵模型泵内部流场压力脉动特性研究

采用ANSYS-Workbench与CFX实现的流-固热双向耦合技术对主泵模型泵内部流场的压力脉动进行数值模拟分析,研究了流-固热耦合作用下反应堆冷却剂泵(简称"主泵")叶片的压力脉动特性。根据压力脉动时域和频域情况,探讨产生压力脉动的主要原因,同时对不同流量下的压力脉动情况进行对比。叶轮进出口、导叶中间和导叶出口4个截面的压力脉动幅值从轮毂到轮缘均升高;叶轮进口和出口的压力脉动主要由叶轮转动频率决定,随着流体不断远离叶轮,叶轮对流体压力脉动的影响逐渐减弱;对比不同流量工况结果,设计工况的脉动幅值最小。     

液态LBE介质轴流泵压力脉动特性数值研究

基于雷诺时均N-S方程和重整化群（RNG）k-ε湍流模型,研究分析了轴流泵在常温清水和液态铅-铋合金（LBE）介质下的水力性能和压力脉动特性及其分布规律。结果表明:按照常温清水介质水力设计方法及相关经验系数完成的轴流泵的水力设计方案,在LBE介质条件下,泵扬程和效率相对有所提高,随着流量增大,扬程明显增加;泵内边界层脱流现象明显减弱;泵叶轮进口监测点的压力系数脉动主频为81 Hz,与叶片转频相等,在2倍以及3倍叶频处出现次频谐波;介质粘性的差异不影响叶轮进口处的压力脉动系数幅值,介质密度即惯性力与泵叶轮进口压力脉动幅值呈线性正相关。      

反应堆主泵压水室出口收缩角对水力性能的影响

针对国内某百万千瓦核反应堆主泵的水力性能要求,完成主泵叶轮和导叶的设计;为研究出口收缩角对水力性能的影响,设计了13种压水室出口收缩角,采用三维软件Pro/E完成了三维造型;利用计算流体力学(CFD)软件Fluent进行定常与非定常三维数值模拟,得到内部流场特性及计算点的压力脉动情况,并对其进行分析。结果表明:收缩角对压水室与出口交接处的前后区域影响显著,收缩角在12°~16°范围内,主泵效率均在70%以上,=15°时效率达最大值74.2%;在=15°且其他结构参数不变的情况下,随着流量的降低,主泵叶轮进口前和导叶出口处回流区域逐渐扩大;随着流量的增加,叶轮进口前回流区域逐渐向叶轮进口偏移;回流是引起压水室与出口交接处压力脉动的主要原因;偏离工况越大,压水室出口处的压力脉动波动越严重。     

余热排出泵压力脉动频谱特性数值和试验研究

余热排出泵是核电站中的核二级泵,保证核电站安全停堆。采用导叶和环形蜗壳结合的结构形式以保证余热排出泵安全可靠运行。为研究余热排出泵内部压力脉动的分布和传播规律,采用非定常数值模拟和试验获得了泵内部动静干涉引起的压力脉动信号,并采用频谱法获得了压力脉动频谱特性。结果表明：数值模拟和试验同时捕捉到导叶离心泵内部由动静干涉引起压力脉动频率的两种基本频率（叶轮叶片通过频率和导叶叶片通过频率）。在叶轮流道内导叶叶频及其谐频的压力脉动频谱幅值从叶轮进口到叶轮出口逐渐增强,幅值最大产生在叶片出口边的工作面。在导叶流道内叶轮叶频及谐频下的压力脉动频谱幅值最大发生在喉部。在环形蜗壳流道内叶轮叶频及谐频下的压力脉动频谱幅值分布与导叶叶片出口边位置有关。研究结果可为降低泵内部压力脉动提供一定的参考。     

核主泵变流量过渡过程瞬态水力特性研究

为研究核主泵从设计工况向非设计工况过渡过程的瞬态水力特性及内部流动机理,应用计算流体力学软件CFX对核主泵叶轮流道内的变流量瞬态流动特性进行数值模拟计算。研究结果表明：变流量过渡时,核主泵的压力脉动沿圆周方向分布并不均匀,其变化趋势是逐渐上升到最大值后又降低,基本呈正弦变化规律,瞬态压力波动变化次数等于叶片与导叶片数之间的动静干涉次数,监测点越靠近叶片与导叶交界面,压力波动越大;由于冲角的存在造成叶轮流道内的速度呈先下降后上升的变化趋势;导叶不仅具有将动能转换为压能的功能,同时也具有有效减缓压力脉动幅度的功能;向小流量过渡时,由于流量减少,在靠近叶轮出口处出现二次回流,造成叶轮流道内速度变化幅度随流量的减少而增大。     

CAP1400核主泵导叶和叶轮匹配数研究

为研究导叶和叶轮之间匹配对核主泵性能的影响及作用在叶轮上的径向力分布情况,采用CFD技术对不同方案下的核主泵进行非定常数值模拟,并进行试验验证。研究结果表明：核主泵扬程和效率的计算曲线与试验曲线基本吻合,效率相对误差在2.5%左右,扬程相对误差在4%左右;叶轮叶片数和导叶叶片数对核主泵性能影响较大,对其进行合理匹配能有效地提高泵性能;叶轮和导叶的不同匹配使叶轮径向力分布规律具有很大差别,作用在叶轮上的径向力呈周期波动,脉动频率以叶轮通过导叶频率为主;小流量工况下,随着流量的减小,叶轮的径向力及其脉动幅值增大,而变化速率减小;大流量工况下,随着流量的增加,叶轮的径向力及其脉动幅值增大。     

蒸汽发生器传热管在泵致脉动压力载荷下的动力学响应研究

泵致脉动压力是核电站中引起主设备部件疲劳失效的主要原因之一。本文建立了蒸汽发生器传热管的泵致脉动压力载荷表达式,并建立不同弯曲半径的传热管有限元模型,对蒸汽发生器传热管在泵致脉动压力载荷下的动力学响应进行了研究。结果表明：34、64、94、114、124、144排传热管附近的频率、振型对泵致脉动压力最为敏感;包络泵致脉动压力作用下,最大应力出现在32排传热管上;传热管在泵致脉动压力载荷作用下,泵致脉动压力载荷的轴频频率对结构响应的贡献最大。本文分析结果为蒸汽发生器传热管在泵致脉动压力载荷下的磨损分析提供了参考。     

反应堆吊篮在泵致脉动压力载荷下的响应研究

反应堆结构的流致振动问题一直受到核工程界的广泛关注。主泵的泵致脉动压力是一个重要激励源,其将导致反应堆吊篮等部件周期性振动,长期运行会导致结构的疲劳损坏。为研究新设计的“华龙一号”反应堆吊篮在泵致脉动压力作用下的振动响应,本文首先分析反应堆吊篮所受的泵致脉动压力,而后建立吊篮有限元模型,对其在泵致脉动压力载荷下的动力学响应进行研究,并综合考虑湍流激励,评价吊篮在堆内构件流体作用下的整体影响。应力分析表明,吊篮各位置流致振动的最大应力强度小于疲劳应力限值,结构是安全的。但对于新设计的反应堆,或反应堆冷却剂系统更换新的主泵,则反应堆吊篮及堆内构件的泵致振动需受到重视。     

基于CFD数值模拟的复合叶轮核主泵压力脉动特性研究

为了降低核主泵在不同工况下运行时的压力脉动,采用数值模拟对核主泵3种不同进口直径的短叶片进行对比。结果表明：短叶片进口直径的改变并未改变叶轮的主频,但随着短叶片进口直径的增加,背面高频值逐渐减小,而工作面高频值却逐渐增大。在小流量工况下不同进口直径的短叶片的压力脉动幅值均较大;在设计工况下叶片背面各监测点在低频区与高频区域的波动能量明显大于叶片工作面各监测点在低频区和高频区的波动能量;大流量工况下叶片背面附近各监测点的低频区带宽及高频区的脉动能量明显增加,叶片工作面附近各监测点的脉动幅值出现较大的增加,短叶片背面附近各监测点的脉动幅值明显高于长叶片背面的脉动幅值。分析结果表明：短叶片进口直径为0.72D₂时,压力脉动在各种工况下运行最小。     

核主泵空化过渡过程水动力特性研究

采用流场分析软件ANSYS CFX对核主泵在不同空化工况下的水动力特性进行数值模拟分析,利用Morlet小波变换和快速傅里叶变换对相应数据进行处理分析。结果表明：气体含量随压力的降低或时间的增加呈现出指数变化规律。在空化初生工况,核主泵扬程脉动频率以低频为主,叶轮流道内的压力脉动的主频仍以转频为主,而空化产生的压力脉动对主频的影响不明显。随着空化的发展,空化所诱发的压力脉动对主频、次主频及脉动幅值的影响越来越大,其扬程脉动频率以低频脉动为主。空化严重工况时,扬程脉动频率以无规律变化的脉动高频为主,同时包含近乎规律变化的脉动低频。     

屏蔽式核主泵动静转子间的压力脉动特性

为了研究屏蔽式核主泵动静转子间的压力脉动特征,应用数值模拟方法,采用分离涡模拟（DES）,对模型泵不同流量工况进行非定常计算,分析其时域特征和频域特征,得到了其压力脉动特性。结果表明：核主泵模型泵动静转子之间压力脉动的频率为叶频及其倍频,这是由于叶轮出口边的射流尾迹与导叶入口边周期性的相互切割作用引起的。压力脉动的波动幅度在蜗壳出口处最大,且沿逆时针方向逐渐减弱;在小流量下较小,随着流量增大,其波动幅度增大。动静转子间存在低压流体区域,其数量与叶轮叶片数相同,传播速度与叶轮转速相同。