基于全三维动网格技术的变长径比间隙环流的研究

屏蔽电动机核主泵(简称屏蔽电机主泵)是第三代核电站压水堆核电站一回路的核心设备。屏蔽电机主泵由泵和屏蔽电机两个部分组成,屏蔽电机的转子完全被冷却剂浸没,形成了典型的间隙环流。相关研究表明,大长径比下间隙环流会给转子系统带来显著的负刚度效应,从而影响转子系统的稳定。本文以密封间隙为研究对象,利用全三维动网格技术,研究了长径比连续变化下的间隙环流流场,对大长径比下转子产生负刚度效应的原因进行了深入分析。研究表明,全三维动网格技术计算出的动特性系数与试验结果吻合度较高,负刚度效应是进口端流场的正向支撑作用与出口端流场反向支撑作用共同决定的结果。     

压水堆燃料包壳破损条件下裂变气体非稳态释放数值模拟研究

压水堆燃料包壳破损后,芯块-包壳间隙内积累的裂变气将释放到冷却剂中,其内部的微观机理还尚不清楚。为了揭示裂变气体释放过程中冷却剂与气体的相互作用规律,基于三维计算流体力学（CFD）方法对该物理过程展开数值模拟,所利用的模型为VOF模型以及k-ε模型。模拟结果表明,包壳破损后冷却剂首先进入芯块-包壳间隙,在芯块-包壳间隙内蒸发,引起芯块-包壳间隙内压强上升,而后裂变气体释放到子通道;裂变气体从芯块-包壳间隙释放到子通道可分为2个阶段。第一阶段:芯块-包壳间隙与子通道间压差较大,气体射流进入子通道,该阶段持续时间较短,裂变气体释放率较大,且变化也较大。第二阶段:芯块-包壳间隙与子通道间压差较小且相对平稳,裂变气体通过破口内涡的对流传质进入子通道,该阶段持续时间较短,裂变气体释放率较小,且相对稳定。      

涡流二极管泵内部流动瞬态特性的大涡模拟

为了研究涡流二极管泵的瞬态特性,采用大涡模拟的方法对泵的瞬态流动过程进行了数值模拟.计算中发现了"单胞涡"现象并记录了"单胞涡"的产生、发展等过程,最后将模拟结果与文献的实验数据进行了对比.结果表明:模拟结果与实验数据吻合良好;泵内的旋转流动具有明显的单胞涡特征,不同于水力旋流器;流量变化曲线的诸拐点与"单胞涡"的各演化阶段具有良好的对应,说明泵体内流量变化的原因主要是由流场中存在的"单胞涡"的变化所引起,当"单胞涡"发展至稳定阶段时,泵内流量变化也趋于稳定.     

文丘里管空化生成微米气泡的试验

微米气泡在工业中应用广泛，采用文丘里管空化产生微米气泡具有结构简单、能耗低等优点。为探究文丘里管空化过程微米气泡的生成规律，文中以水为介质、高速摄像为测量手段，探讨了空化数对于微米气泡尺寸分布的影响。试验发现：空化程度最剧烈时气泡直径分布最广，在20～230μm,并服从多元高斯分布；随着空化数的增加，空化程度有所降低，气泡Sauter平均直径增加而气泡数量降低。此研究为空化生成微米气泡的方法提供了重要的数据支撑。     

文丘里管空化限流现象数值模拟和实验研究

压水堆核电厂中发生超流量工况时,要求补水泵下游的文丘里流量计形成空化限流,以保护管道流量不超过限值。采用FLUENT数值模拟和高速摄像实验结合的方法,使用3种不同空化模型,对文丘里管的空化限流现象、空化发展规律和流动特性进行了研究。结果表明:采用Zwart-Gerber-Belamri（ZGB）空化模型和剪切应力输运（SST）k-ω湍流模型可对文丘里管空化限流现象进行较为准确的模拟;空化限流时文丘里管内部将发生周期性空化现象,同时将在壁面回射流的作用下发生小气泡脱落、尾部气泡脱落和空化云整体断裂式脱落等微观流动行为。       

裂变气体分离器气泡分离轨迹的数值模拟

钍基熔盐堆是我国重点开发的第四代核反应堆之一,其裂变反应产生的中子俘获截面大的Kr、Xe等裂变气体以微气泡的形式存在于熔盐冷却剂中,对裂变气体的分离是提高熔盐堆中子经济性、实现燃料深燃耗的重要环节。为定量地获得分离器内气泡的分离行为,采用数值模拟和理论建模相结合的方法,得到旋流场的流场分布特征;通过建立旋流场中气泡运动控制方程,分析并计算不同旋流度和气泡直径下的分离长度。与实验数据对比发现,数值模拟结果和实验数据吻合良好,表明数值模拟方法可以用于气液分离器的优化设计。     

旋流腔结构对涡流二极管性能及流动影响的数值模拟

为了探讨旋流腔结构对涡流二极管正向流动和反向流动的影响,分别采用RNG κ-ε湍流模型和κ-ε湍流模型进行了数值模拟,模拟结果与实验数据吻合良好。在此基础上,计算分析了旋流腔结构型式及几何尺寸对正向流动和反向流动的影响,并得到了旋流腔的优化结构。结果表明：渐缩型旋流腔反向阻力系数最大;薄板型正向阻力系数最小;渐缩型综合性能最佳,可以在原型基础上提高30%。渐缩型旋流腔中心高度应根据等流速设计原则,其最佳值略小于轴向出口管直径的1/4。     

涡流二极管泵内部流场的数值模拟

为了研究涡流二极管泵内旋流场的形成发展过程、分布特征以及其流动不稳定性存在的可能性,采用大涡模拟的方法对涡流二极管泵进行数值计算.计算结果表明: 涡流二极管泵内的特征流场为兰金涡结构,兰金涡在进口雷诺数达到1.4×104时形成;切向速度的峰值速度为进口流速的5倍左右,而且不同旋流腔直径下的涡核半径相同;此外,在边界恒定的条件下,兰金涡是不稳定的,其涡心的轨迹为椭圆状.     

并联立式屏蔽电机主泵流动特性数值研究

以缩比系数为1∶4的立式屏蔽电机反应堆主冷却剂循环泵（简称主泵）为研究对象，建立2台并联主泵反向旋转（模型1）和同向旋转（模型2）2种几何模型；运用计算流体力学（CFD）方法对2种模型的并联主泵内部流场进行稳态运行计算，从主泵的外特性、进口流动特性、入流品质、管内压力分布方面对模型1和模型2进行对比分析。结果表明，模型1中A、B主泵性能基本一致；模型2中A、B主泵的流量相对偏差基本在0.8%以内，最大值达到1.69%，扬程相对偏差稳定在1%以内，效率和轴功率相对偏差最大值分别达到6%和8%；模型2相对模型1流动稳定性更好、入流品质更高、管内压力分布较低，有利于设备的长期运行。      

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。