CAP1400核主泵空化流場特性分析.pdf

1、核能作為清潔高效的能源，越來越被廣泛認(rèn)可和采用。我國自主設(shè)計(jì)研發(fā)的CAP1400第三代先進(jìn)非能動(dòng)核電機(jī)組，標(biāo)志著我國核電事業(yè)的巨大進(jìn)步。核反應(yīng)堆冷卻劑泵作為一回路中唯一高速旋轉(zhuǎn)的設(shè)備，必須長期高效地運(yùn)行，是核電設(shè)備國產(chǎn)化的一大難點(diǎn)?？栈撬C(jī)械中普遍存在的一種破壞形式，其發(fā)生將會(huì)降低水力機(jī)械的性能，引起強(qiáng)烈的噪聲及振動(dòng)，甚至造成葉片的損壞，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。為保證核主泵長期穩(wěn)定運(yùn)行，在其設(shè)計(jì)過程中，需要考慮空化的影響，并有效避免空化

2、的發(fā)生。
　　核主泵在高溫高壓條件下運(yùn)行，其運(yùn)行溫度下水蒸汽與水的密度比增加，其他參數(shù)如飽和蒸汽壓力等受溫度的影響增大，需要考慮熱力學(xué)效應(yīng)對(duì)空化的影響?；诰|(zhì)平衡流理論及輸運(yùn)方程，在能量方程中添加了考慮汽液質(zhì)量轉(zhuǎn)移量及汽化潛熱影響的源項(xiàng)。首先模擬常溫條件下翼型的空化流場，將該結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證模型的可靠性。通過對(duì)比常溫條件及373K溫度條件下翼型周圍的空化流場，發(fā)現(xiàn)高溫條件下空泡區(qū)明顯縮短。模擬了373K及473K溫度

3、條件下葉輪內(nèi)的空化流場，發(fā)現(xiàn)汽液交換過程引起很大的溫降，考慮溫度對(duì)飽和蒸汽壓力的影響后，溫度降低量減小，空化現(xiàn)象被顯著抑制。高溫條件下不考慮熱力學(xué)效應(yīng)模擬空化的結(jié)果是不準(zhǔn)確的，考慮到熱力學(xué)效應(yīng)的影響及設(shè)計(jì)過程中空化性能與效率間的矛盾關(guān)系，可以在核主泵的設(shè)計(jì)過程中降低對(duì)空化性能的考慮，來提高泵的效率等性能。
　　此外，本文研究了不同汽蝕余量下，模型泵葉輪、導(dǎo)葉和蝸殼內(nèi)空化流場的特點(diǎn)，得到了空化初生時(shí)的空化性能，對(duì)比了葉輪和整機(jī)模擬時(shí)

4、泵的揚(yáng)程、效率等性能，分析了蝸殼、導(dǎo)葉對(duì)葉輪內(nèi)部空化流場的影響?；谒O(shè)計(jì)的模型泵結(jié)構(gòu)和尺寸，采用砂鑄葉輪、精鑄鋁制葉輪開展了模型泵性能的試驗(yàn)研究，試驗(yàn)結(jié)果表明葉輪的制造精度對(duì)臨界汽蝕余量有很大的影響。非定常數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明嚴(yán)重空化時(shí)入口壓力脈動(dòng)變得紊亂，空化區(qū)尾部存在很強(qiáng)的回射流，該回射流會(huì)使空化加劇。
　　從阻擋回射流的角度，采用在翼型上表面布置射流孔的方式，探索了抑制空化的方法。發(fā)現(xiàn)布置射流孔可以有效阻擋回射流從翼型尾部向頭