核电厂辅助给水汽动泵诱导轮入口叶片汽蚀研究分析

某核电厂在第二轮大修检查辅助给水汽动泵诱导轮入口叶片时,发现存在不同程度的汽蚀点坑.为研究损坏原因,通过叶片抗汽蚀性能设计校核、运行工况汽蚀分析,并结合叶片材质成分、力学参数分析结果等,确定诱导轮入口叶片汽蚀失效的原因,并提出改进措施.     

大型半螺旋吸入室双吸泵优化设计

对半螺旋吸入室双吸离心泵内部定常三维湍流进行全流道数值模拟.通过3种不同结构形式半螺旋吸入室水力性能的对比,分析导流板对半螺旋吸入室双吸泵性能的影响.运用计算流体力学(CFD)流场软件CFX,采用标准k-ε湍流模型,基于雷诺时均N-S方程, 通过SIMPLE算法进行数值模拟分析.计算得到了半螺旋吸入室内部断面速度和压力变化分布图,获得了半螺旋吸入室双吸泵的水力特性以及吸入室水力损失占总损失的份额.计算结果表明:导流板偏置能够有效地改善半螺旋吸入室内部的流动变化规律,可以消除叶轮进口处的漩涡,使吸入口流线比较均匀、稳定,有效减少叶片进口绕流引起的压降,效率高且抗汽蚀的效果好;数值模拟与半螺旋吸入室双吸泵样机的试验结果符合较好.     

M310压水堆核电厂离心式上充泵首级叶轮汽蚀特性

采用Pro/E和ICEM软件进行水体部件的三维造型和网格划分,确定以Reynolds时均的N-S方程、RNG k-ε两方程湍流模型、SIMPLEC算法和汽蚀模型为基础的数值计算方法,完成对上充泵首级叶轮汽蚀特性的非稳态数值模拟及试验对比研究。计算结果表明:在汽蚀初生时,气体体积分数对叶轮流道内部的压力影响较小;在临界汽蚀余量,靠近叶片进口处的汽蚀变化对压力的影响较大;临界汽蚀余量的模拟和试验结果分别为7.35 m和7.58 m,误差约为2%,均满足核电规范要求。     

基于RELAP5的主泵试验台架建模及特性分析

本文依据大功率压水堆主泵及试验台架设计参数,通过RELAP5程序建立主泵试验台架模型。并依据主泵样机试验规范对热态试验、惰转试验、汽蚀试验工况进行模拟分析。通过与热态试验、惰转试验工况的理论值比较,验证RELAP5建模的准确性。对于惰转试验工况,记录惰转流量、扬程随时间的瞬态变化。对于汽蚀试验工况,随着体积流量的减小,发生汽蚀现象的入口压力减小;并且可以较准确预测发生汽蚀现象的压力点。通过对主泵试验工况的模拟分析,证明RELAP5模拟主泵试验具备一定的适用性,可为主泵试验提供指导。     

低压安注泵特性曲线偏离的系统修正方法研究

从国内某二代改进型核电厂低压安注泵特性曲线偏离这一问题出发,分析了安全注入系统低压安注泵的性能要求特点。通过计算及对比低压安注泵可用汽蚀余量和必需汽蚀余量,从系统设计和调试角度提出了修正方法,使得该低压安注泵能够满足该核电厂运行要求。     

核辅助泵新型汽蚀试验装置及其实现方法

设计了核辅助泵新型汽蚀试验装置及实现方法,主要利用水环抽真空装置及阀门微开度进行汽蚀试验的闭式试验装置。试验过程中无需开关水环抽真空装置及稳压罐间的阀门,仅通过启停水环抽真空装置即可完成汽蚀试验;同时,该装置还可以实现扬程、流量等泵性能综合测试,装置自动化程度高,操作简化,通用性强,试验费用低。     

反应堆冷却剂泵叶轮水力性能分析与优化设计

以反应堆冷却剂泵叶轮为研究对象，采用计算流体动力学（CFD）方法对其内部流场进行数值模拟，得到该泵叶轮水力性能的分析结果。根据CFD分析结果，叶片入口轮毂侧流动冲角过大，叶轮额定流量下的扬程低于设计要求，必须汽蚀余量（NPSHr）较大，需对其进行优化设计。考虑到CFD计算的偏差和实际工程经验，确定了叶轮水力性能优化目标；以叶片进口安放角、出口安放角和叶片进口边位置为优化变量，选择多种组合方案进行计算，确定了优化设计方案。对优化设计后的叶轮进行CFD计算，结果表明:相对原设计的叶轮，优化后的叶轮叶片入口处流动冲击明显减小，NPSHr大幅减小，内部流场更为合理，水力性能明显改善，优化方案满足预期目标。      

核电厂上充泵汽蚀诊断及整治研究

研究压水堆核电厂卧式12级单吸中开筒袋式离心上充泵(RHM100-205.12)汽蚀的典型振动特征、产生原因及解决方案。上充泵上充工况运行时存在异常振动波动且波动幅度超过国标规定的报警值。监测发现上充泵的振动时域信号中存在明显瞬间冲击,频域信号中存在叶片通过频率等谐波分量与宽带噪声,诊断首级叶轮处产生汽蚀,大修解体检查确认首级导叶顶部叶片前缘处被汽蚀严重破坏。上充泵汽蚀的产生,主要原因是汽蚀安全余量k值偏小。现场试验表明改变首级导叶叶片前缘与叶轮叶片尾缘间径向间隙能极大影响汽蚀程度,可用于提高k值。将间隙扩大1 mm后,汽蚀破坏显著改善。研究表明:监测RHM型上充泵入口侧垂直方向振动测点的典型振动特征可简易诊断汽蚀故障;扩大首级导叶叶片与叶轮叶片间径向间隙能有效缓解汽蚀。     

离心泵叶轮形状对汽蚀损伤的影响

利用水泵汽蚀试验台和涂漆法对具有不同叶片进口角和进口边位置的5种离心泵叶轮进行了系统的汽蚀损伤，汽蚀性能试验。弄清了3％扬程下降点汽蚀状态下叶轮形状，流量，运行时间对叶轮内汽蚀损伤的位置和速度的影响以及叶轮形状与汽蚀性能的关系，并结合叶轮内部流动规律和进口回流的发生对测试结果进行了分析。     

隐性汽蚀过渡过程主泵叶轮内瞬变流动特性研究

通过CFX程序对反应堆主泵叶轮流道内发生隐性汽蚀时瞬态流动特性进行数值模拟计算,研究分析从汽蚀初生工况起降低进口压力至临界汽蚀余量过渡过程中主泵内部瞬态流动特性。流场分析表明:在隐性汽蚀过渡过程中,汽泡相的增加会影响进口处速度变化,使得靠近主泵叶片进口处的速度随汽泡相区域的增大而变大,且汽泡的产生和溃灭会影响靠近进口处速度波动幅度;靠近叶片进口处涡量值受汽泡相影响而逐渐增大,汽泡的溃灭会降低溃灭处至叶轮出口处间的涡量值;由于泵体的非对称结构,导致叶轮各流道内的流量、流速及叶轮出口压力分布出现非对称性,引起瞬态径向力的不对称性。汽蚀发展到一定程度后,汽泡相开始对叶轮瞬态径向力值产生影响使其出现无规律波动。     

可逆流体换向装置内部流场的数值模拟

以N-S方程和RNGk-ε紊流模型为基础,针对压冲时的可逆流体换向装置,模拟考察了入流速度、面积比、出流结构形式、引流间隙长度对内部流场的影响,并以引流率为标准将模拟结果与试验结果进行了对比。研究结果表明:根据计算流体力学(CFD)方法所得的模拟结果与试验结果之间的误差较小;面积比为1.5、出流结构采用扩散管形式、引流间隙为7 mm和10 mm时,引流效果较好。     

Two-Phase Flow Instability at Low Flow Rate Conditions

Instability of two-phase flow at low flow rate conditions is investigated analytically and experimentally. By applying the drift flux model, a linear analysis is conducted to study the effect of slip which is considered to play an important role at low flow rate conditions. Results obtained are compared with those of other analytical works and the reason for apparent variations is discussed. Some notes are also given on the lumped parameters which govern instability characteristics, and on the often-observed relation between the period of oscillation and the transit time.

Experiments are conducted using R-113 at the test fluid. The results are analyzed in terms of the stability boundary and the period of oscillation. In the analysis it must be assumed that the flow is laminar. It is found that the instability observed experimentally is typical in the gravity term of the heated section is the dominant destabilizing term in the momentum equation.     

Flow Regime Transition to Wavy Dispersed Flow for High-Pressure Steam/Water Two-Phase Flow in Horizontal Pipe

A wavy-dispersed flow regime was observed between slug and annular-dispersed flow regimes in TPTF high-pressure steam/water horizontal pipe experiments, employing the video probe visual observation. The onset OF entrainment was identified to cause slug to wavy-dispersed flow transition. The wavy-dispersed flow regime extended towards lower gas flow rates as pressure was increased. Furthermore, it was found that the gas-liquid relative velocity for the onset of entrainment decreases significantly, resulting in decrease in the minimum void fraction. Consequently, the slug flow regime was found to disappear for pressures above 8.6MPa, as observed in the previous TPTF experiments. Applicability of available models and correlations on the onset of entrainment was assessed against the TPTF data. Steen-Wallis parameter correlated the data well when the superficial gas velocity term in this parameter 1s replaced by the gas-liquid relative velocity.     

稠密栅元内湍流流体的流动传热

本文对稠密栅元内的湍流流动和传热特性进行了分析。首先利用实验数据对计算结果进行了验证,然后分析了Re和P/D等参数对稠密栅元内的摩擦阻力系数和传热系数的影响。Re和P/D均会对稠密栅元内的流动传热特性产生显著影响,但传统的理论模型无法描述P/D对栅元内的摩擦阻力系数和传热系数的影响。P/D=1.03是一临界点,这种条件下的稠密栅元内的流动和传热是最安全的,也是最高效的。此时核反应堆的功率和系统的传热能力可同时达到最大。     

流体诱发传热管振动的流场特性分析

基于双向流-固耦合方法,建立横向流体作用下传热管流致振动计算的三维仿真模型;基于该模型,研究传热管流致振动时的流场特性。结果表明,当折减速度Ur≤2时,升力系数随Ur的增加而增加,阻力系数随Ur的增加先减小再增大;当2相似文献   

空气-水在垂直非圆截面通道内流型研究

采用可视化方法研究了水力直径分别为15mm和10mm的两种正方形截面、14.43mm的三角形截面以及14mm的圆形截面通道内空气-水垂直上升流动,表观气速0.04～80m/s,表观水速0.001～6m/s.观察到了泡状流、弹状流、块状流、环状流和弥散泡状流等常见流型.此外,在表观气速很大而表观水速很小时,在非圆截面通道内发现了爬动流,证实了非圆截面直通道内存在"二次流"现象,且对气-液两相流动的相分布有较大影响,证明截面形状对两相流流型及其转变具有重要影响.由实验得到了流型转变界限,并首次获得了包括爬动流的两相流流型图.比较本文的实验结果及与前人的研究结果对比发现,水力直径的大小对两相流流型的转变具有一定影响.     

竖直和倾斜条件下气-液两相流型转变研究

以去离子水和空气为两相介质,研究了竖直和倾斜条件下气-液两相流型,发现通道内存在弥散泡状流、泡状流、弹状流、搅拌流和环状流5种流型。通过对流型间转变特性的机理分析,构建了竖直和倾斜条件下各流型的转变准则,与实验数据进行了对比,符合很好。     

矩形通道高宽比对两相流动阻力和流型关系的影响

在可视化观察的基础上,实验研究了矩形通道高宽比对两相流动阻力和流型关系的影响。实验选择了3种通道尺寸的实验段,截面宽度相同,全部为43 mm,高度分别为1.41、3和10 mm,根据受限因子C_o,前两个实验段属于窄通道,第3个属于常规通道。实验结果表明：高宽比不同时,随着气相流速的增加,通道内两相流动压降呈不同的变化趋势。对于10 mm通道,低气相流量时重位压降占主要成分,而对于1.41 mm和3 mm通道,摩擦压降占主要成分;随着气相流量的增大,总压降中摩擦压降的比例也增大;对于10 mm矩形通道,可利用压降变化规律确定搅混流的发生范围。     

Flow Behavior and Phase Distribution in Two-Phase Flow around Inverted U-Bend

Experimental results are presented on the flow behavior, phase distribution, average void fraction and slip ratio in air-water two-phase mixture flowing through an inverted U-bend. The curved test section of transparent acrylic resin tubing with 24 mm I. D. was used, comprising a riser, an inverted U-bend with radius of 96 mm, and a downcomer. From the visual observation, a flow map was derived, which indicates the relation between the flow patterns and velocities. Distributions of local void fraction along a diameter lying in the central plane of the bend and over the whole cross section of bend tube were measured, and those distribution mechanisms were explained by the effect of centrifugal and gravitational forces. The average void fraction around the bend was obtained by numerical integration of the measured local void fraction, and the slip ratio was calculated using the average void fraction.     

导流围板对堆芯入口流量分配影响的数值分析

堆芯入口流量的不均匀分配会引起堆芯局部温度变化较大,给反应堆安全运行带来不利影响。堆芯流量分配装置采用导流围板设计,为揭示导流围板对流量分配的影响,在保证其他结构设计不变前提下,本文通过改变导流围板顶部水隙d,以及导流围板侧面支承板的长度t,研究其对堆芯入口流量分布的影响。结果表明:d对堆芯入口流量没有明显影响,但在中心区域通道,d较小时流量分布更均匀;t减小后,中心区域流体可以更好地向四周扩散,堆芯入口流量分配趋于均匀。