余熱排出泵流場數(shù)值模擬和空化分析.pdf

1、先進的壓水堆核電廠建設是我國應對氣候變暖和能源問題所采取的重要戰(zhàn)略決策之一，確保核電廠的安全也是核電技術推廣的首要任務。余熱排出泵是余熱排出系統(tǒng)的重要組成部分，是關鍵的核動力設備之一。隨著科學技術的迅速發(fā)展，目前我國在部分核三級泵產(chǎn)品上實現(xiàn)了自主生產(chǎn)制造，但在關鍵的核一級和核二級泵產(chǎn)品部分仍依賴進口。因此，開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權百萬千瓦級核電站關鍵核級離心泵對我國核工業(yè)的發(fā)展具有重要意義。
　　空化，這一世紀難題，長期制約著水力機械

2、行業(yè)的發(fā)展，不但影響了其穩(wěn)定運行和可靠性，還限制了水力機械的高效運行范圍和小型化的實現(xiàn)。為了獲取余熱排出泵葉輪內(nèi)空化流動特性，本文首先采用理論分析、數(shù)值模擬和性能試驗相結合的方法對常溫常壓下余熱排出泵水力樣機內(nèi)部的空化流動特性進行了研究，然后對工程樣機在核島內(nèi)正常運行條件及小破口失水事故工況下的空化性能進行數(shù)值計算，從而分析在高溫高壓條件下余熱排出泵葉輪內(nèi)流動規(guī)律、空化問題及空化對其性能的影響。本文的主要工作和成果如下:
　　1.

3、簡要介紹余熱排出泵特征、小破口失水事故、核電泵空化流動及其國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，掌握其運行原理及工作條件，其運行環(huán)境壓力為2.8MPa，環(huán)境溫度為180℃。
　　2.構建余熱排出泵水力樣機的數(shù)值模型，對其在常溫常壓下進行單相流多工況數(shù)值計算，分析其內(nèi)部靜壓場、速度場及湍動能分布并預測其性能。數(shù)值計算結果表明:小流量和設計流量下，葉輪流道內(nèi)及導葉進口處出現(xiàn)了流動分離，并伴隨有旋渦;大流量工況下，葉輪內(nèi)流動變得均勻，導葉進口處流動得到改善，

4、導葉出口處旋渦繼續(xù)存在。
　　3.對其水力樣機進行外特性試驗，驗證單相流數(shù)值計算的準確性。預測的性能曲線與試驗性能曲線基本吻合，設計點處揚程相對誤差為1.3％，流量范圍內(nèi)揚程的相對誤差在5％以內(nèi)。表明余熱排出泵水力樣機單相流數(shù)值計算具有較高的可信度，可以將單相流定常的計算結果作為定?？栈嬎愕某跏贾怠?br>　　4.在水力樣機單相數(shù)值模擬的基礎上，通過加載空化模型對其內(nèi)部空化流動進行數(shù)值計算。揭示了各個流量下水力樣機發(fā)生空化時的內(nèi)

5、部流場特征，分析了不同工況下余熱排出泵水力樣機的空化性能，主要結論有:
　　(1)小流量工況下，隨著裝置空化余量逐漸降低，葉輪流道內(nèi)靜壓和空泡分布逐漸變得不均勻;從空化性能曲線來看，揚程先緩慢下降，到某一臨界值處發(fā)生突降。
　　(2)設計流量工況下，隨著裝置空化余量的降低，個別流道內(nèi)的空穴長度存在先增大后減小再增大的變化規(guī)律。在空化發(fā)展階段，葉輪流道內(nèi)靜壓和空泡分布呈均勻對稱分布;揚程變化規(guī)律與小流量工況下一致。
　　

6、(3)大流量工況下，空化由初生到發(fā)展過程中，各葉片流道靜壓和空泡呈不均勻分布，在空化嚴重階段，葉輪流道內(nèi)空泡分布變得均勻;揚程在突降前基本維持一定值。
　　5.基于水力樣機空化數(shù)值計算時所采用的空化模型和湍流模型，首先對其工程樣機在實際正常運行工況時的空化流動進行數(shù)值模擬，然后假定環(huán)境溫度不變，通過減小進口壓力值，對小破口失水事故工況下余熱排出泵的空化流動進行數(shù)值計算。數(shù)值計算結果表明:在正常實際運行條件下，余熱排出泵不會發(fā)生空化