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考虑预旋特性的核主泵叶片安放角修正策略

西华大学学报(自然科学版) 2024年

作者：黎义斌牛藤周欢杨从新郭艳磊王秀勇兰州理工大学能源与动力工程学院特种泵阀及流控系统教育部重点实验室

为探究进口预旋特性对核主泵叶轮流场的影响，以“华龙一号”反应堆一回路系统为研究对象，通过数值仿真分析，提出叶轮叶片安放角修正策略。结果表明：主泵进口产生负向旋流，并沿流动方向旋流规律性增强；靠近叶轮进口时形成较为稳定... 详细信息

为探究进口预旋特性对核主泵叶轮流场的影响，以“华龙一号”反应堆一回路系统为研究对象，通过数值仿真分析，提出叶轮叶片安放角修正策略。结果表明：主泵进口产生负向旋流，并沿流动方向旋流规律性增强；靠近叶轮进口时形成较为稳定的负预旋，该预旋的螺旋角范围在-15°～13°之间，平均螺旋强度为3.5°；预旋作用增大了液体的入流角度，入流角增大后液体流动方向向工作面偏转，加剧了工作面上进口处的分离流损失。根据确定的进口速度矩的值0.2，对叶轮叶片进口安放角进行调整，调整后消除了叶片前缘的流动分离现象，同时对应调整叶片出口角，调整后提高了叶轮的压能转化效率。

关键词：核主泵管路系统预旋特性叶片安放角

叶轮流道入口喉部面积对离心泵空化性能的影响

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液压气动与密封 2024年第3期44卷 12-17页

作者：王正港王秀勇周建强孙泽鹏兰州理工大学能源与动力工程学院甘肃兰州730050 甘肃省流体机械及系统重点实验室甘肃兰州730050

为了探究叶轮流道入口喉部面积对离心泵空化性能的影响,以某型号离心泵为研究模型,通过修改叶片包角和方格网流线构建了4组具有不同叶轮流道入口喉部面积的叶轮,基于RNG k-ε湍流模型和Schnerr-Sauer空化模型,对4组模型泵方案的空化性... 详细信息

为了探究叶轮流道入口喉部面积对离心泵空化性能的影响,以某型号离心泵为研究模型,通过修改叶片包角和方格网流线构建了4组具有不同叶轮流道入口喉部面积的叶轮,基于RNG k-ε湍流模型和Schnerr-Sauer空化模型,对4组模型泵方案的空化性能进行数值模拟。研究结果表明:在保持叶轮流道出口面积不变的前提下,叶轮流道入口喉部面积增大,初生空化余量NPSH_i与临界空化余量NPSH_r的变化存在相反的趋势,两者之间没有倍数关系;临界空化余量NPSH_r主要与叶轮流道面积的变化趋势有关,宽敞流道有利于降低离心泵的临界空化余量,提高空化严重时的断裂扬程;初生空化余量NPSH_i与叶轮进口几何形状有关,为获得较小的初生空化余量,在水力设计过程中,须采用使入口喉部面积减小的措施。

关键词：离心泵流道面积初生空化临界空化数值模拟

舰船水下抗爆U型夹层板结构改进及参数优化设计

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大连理工大学学报 2024年第2期64卷 194-203页

作者：王秀勇李楷苑志江蒋晓刚谢保军大连理工大学船舶工程学院辽宁大连116024 海军大连舰艇学院航海系辽宁大连116018

设计相应的防护结构来降低水下爆炸冲击荷载对舰船的损伤对于提高舰船生命力具有重要意义.以U型夹层板为研究对象,对传统U型夹层板结构进行改进,提出了3种改进的U型夹层板结构.采用有限元软件LS-DYNA中任意拉格朗日-欧拉(ALE)算法分析... 详细信息

设计相应的防护结构来降低水下爆炸冲击荷载对舰船的损伤对于提高舰船生命力具有重要意义.以U型夹层板为研究对象,对传统U型夹层板结构进行改进,提出了3种改进的U型夹层板结构.采用有限元软件LS-DYNA中任意拉格朗日-欧拉(ALE)算法分析水下爆炸冲击荷载作用下3种改进夹层板的位移、速度与加速度响应和吸能效应,并与原始U型夹层板对比找到综合性能相对最优的改进夹层板.最后通过正交试验对性能最优的夹层板进行优化,分析夹层板设计参数对抗爆性能影响的主次顺序及最优的尺寸组合.分析表明:改进的U-X型夹层板上面板位移相比U型夹层板下降了15.7%,速度下降了34.5%,芯层吸能提高了25.2%,在改进夹层板中综合性能最优;U-X型夹层板最优的尺寸组合及设计参数为芯层厚度1.5 mm、芯层高度100 mm、下面板厚度3.0 mm、上面板厚度3.5 mm.经验证,尺寸优化后U-X型夹层板质量降低了6.3%,抗爆性能也得到了显著提高.

关键词：夹层板改进水下爆炸防护性能参数优化设计

叶轮流道面积变化规律对核主泵水力性能的影响

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液压气动与密封 2024年第1期44卷 9-15页

作者：周建强王秀勇王正港孙泽鹏孙鹏卫兰州理工大学能源与动力工程学院甘肃兰州730050 甘肃省流体机械及系统重点实验室甘肃兰州730050

为了研究叶轮流道面积的变化规律对核主泵水力性能的影响,基于全局结构化网格,采用SST k-ω湍流模型,对5组具有不同流道面积变化规律的模型泵进行定常数值计算,研究分析水力性能最优时流道面积沿流动方向的变化特征,并对最优方案进行试... 详细信息

为了研究叶轮流道面积的变化规律对核主泵水力性能的影响,基于全局结构化网格,采用SST k-ω湍流模型,对5组具有不同流道面积变化规律的模型泵进行定常数值计算,研究分析水力性能最优时流道面积沿流动方向的变化特征,并对最优方案进行试验验证。结果表明:最优方案模型泵效率的计算值仅比试验值高出0.22%,关于效率的预测精度较高;叶轮内的压力场随流道面积分布规律的变化而变化,但速度剖面始终保持高度相似,影响叶轮水力效率的主要因素是压力场的分布特征;在流道的进口和出口面积保持不变的前提下,流道面积沿流动方向增加的速率呈现先快后缓的变化趋势时,叶轮的水力效率最高,比先缓后快变化趋势的水力效率提高了0.81%;在流道入口处保持较大的面积梯度,并使面积梯度沿流动方向快速减小,有利于提高叶轮的水力效率。

关键词：叶轮流道核主泵水力性能面积梯度压力梯度

次级叶轮进口直径变化对多级离心泵水力性能的影响

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液压气动与密封 2024年第2期44卷 35-38页

作者：孙泽鹏王秀勇龚贤辉王正港周建强兰州理工大学能源与动力工程学院甘肃兰州730050 长沙佳能通用泵业有限公司湖南长沙410300

为了提高多级离心泵的水力效率,以次级叶轮的进口直径为优化对象,保持叶片型线的方格网不变,共设计了5组具有不同进口直径的水力优化方案,基于RNG k-ε湍流模型进行定常数值计算,探讨次级叶轮进口直径的变化对多级离心泵水力性能的影响... 详细信息

为了提高多级离心泵的水力效率,以次级叶轮的进口直径为优化对象,保持叶片型线的方格网不变,共设计了5组具有不同进口直径的水力优化方案,基于RNG k-ε湍流模型进行定常数值计算,探讨次级叶轮进口直径的变化对多级离心泵水力性能的影响。结果表明:在一定范围内减小叶轮进口直径,能够降低叶轮的扬程与轴功率,但扬程减小的幅度有限,最低扬程仅比最高扬程减小了0.64%,而轴功率的降低幅度比较明显,最小轴功率比最大轴功率降低了1.90%,最终可使叶轮的水力效率提高1.29%,多级离心泵次级叶轮的进口直径存在最佳值,能使泵的水力效率相对较高。

关键词：次级叶轮进口直径水力优化数值模拟多级离心泵

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核主泵卡轴事故瞬变过程的水动力特性研究

核动力工程 2023年第2期44卷 177-184页

作者：黎义斌瞿泽晖郭艳磊李冬浩杨从新潘军王秀勇兰州理工大学能源与动力工程学院兰州730050 兰州理工大学核级泵先进装备创新研究中心兰州730050

为探究核主泵卡轴事故瞬变过程的水动力特性,通过动态匹配核主泵水力特性与系统管路阻力特性,建立了反应堆一回路系统的全三维简化模型。借助计算流体动力学(CFD)方法对核主泵卡轴事故工况进行了瞬态数值模拟,得到不同卡轴工况下核主泵... 详细信息

为探究核主泵卡轴事故瞬变过程的水动力特性,通过动态匹配核主泵水力特性与系统管路阻力特性,建立了反应堆一回路系统的全三维简化模型。借助计算流体动力学(CFD)方法对核主泵卡轴事故工况进行了瞬态数值模拟,得到不同卡轴工况下核主泵外特性、内部压力场、叶轮叶片载荷与受力特性的瞬时变化。研究表明:卡轴时间越短,核主泵相应特性参数的瞬时变化越剧烈,事故造成影响越严重。以叶轮转速刚降为0 r/min时为节点,在卡轴时间为0.1、0.3、0.5 s三种卡轴工况下,流量分别降低到正常运行时的82.3%、61.4%、49.6%;核主泵扬程达到反向极值,分别为正常运行时的−137.7%、−87.4%、−56.9%;叶轮叶片两侧压力差值达到最大,分别为1.34、0.73、0.47 MPa,且在叶轮叶片工作面一侧和导叶流道中间部分形成相对集中的低压区;叶轮所受轴向力达到反向极值,分别为正常运行时的−159.3%、−96.5%、−65.5%。本数值预测方法对反应堆水动力系统的动态安全性评估提供了一定的数据支撑。

关键词：核主泵反应堆一回路系统卡轴事故瞬态特性数值模拟

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时间步长对核主泵非定常计算精度的影响机理

机电工程 2022年第9期39卷 1250-1255,1302页

作者：刘毅王秀勇董峰杜永峰兰州理工大学能源与动力工程学院甘肃兰州730050 甘肃省流体机械及系统重点实验室甘肃兰州730050

在对核主泵进行的数值模拟过程中,为了提高模拟过程的计算精度,对非定常计算下时间步长的合理取值范围进行了研究。首先,对核主泵全计算域模型进行了六面体结构化网格划分,基于DDES湍流模型,依次将叶轮每旋转Δα=1°、1.5°、2°、3°... 详细信息

在对核主泵进行的数值模拟过程中,为了提高模拟过程的计算精度,对非定常计算下时间步长的合理取值范围进行了研究。首先,对核主泵全计算域模型进行了六面体结构化网格划分,基于DDES湍流模型,依次将叶轮每旋转Δα=1°、1.5°、2°、3°所需要的时间设置为时间步长,并进行了非定常数值模拟;然后,从水力性能的计算精度和水力性能的脉动特性两个方面对计算结果展开了分析;最后,对泵内旋涡场分布特征进行了分析,探讨了时间步长的大小对核主泵内复杂脉动特征的解析精度。研究结果表明:时间步长越小,响应频率越高,越能反馈出更高频率下的湍流脉动对流场的影响;当Δα=2°时,各水力性能计算误差的平均值为0.33%,比Δα=3°时减小0.43%,比Δα=1°时高出仅0.08%;综合来看,以叶轮每旋转Δα=2°所需要的时间作为时间步长,既可以获得较高的非定常计算精度,又可以节约计算时间。

关键词：离心泵数值模拟精度全计算域模型水力性能计算精度脉动特征预测精度湍流脉动频率

不同小翼对H型垂直轴风力机叶片压力分布的影响

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太阳能学报 2015年第11期36卷 2810-2815页

作者：杨从新李寿图王秀勇兰州理工大学能源与动力工程学院兰州730050

以翼型为NACA0012的单叶片H型垂直轴风力机为研究对象,采用数值模拟的研究方法,分析叶片两端未安装小翼和安装3种不同叶尖小翼对H型垂直轴风力机叶片表面压力分布和叶尖涡的影响。结果表明:安装小翼均可提高H型垂直轴风力机的最大转矩系... 详细信息

以翼型为NACA0012的单叶片H型垂直轴风力机为研究对象,采用数值模拟的研究方法,分析叶片两端未安装小翼和安装3种不同叶尖小翼对H型垂直轴风力机叶片表面压力分布和叶尖涡的影响。结果表明:安装小翼均可提高H型垂直轴风力机的最大转矩系数,其中安装Winglet可提高H型垂直轴风力机起动力矩;增加叶尖小翼均对消除叶尖涡有利;H型垂直轴风力机叶片两端安装Winglet小翼较其他两种小翼效果好。

关键词：垂直轴风力机小翼叶尖涡 CFD

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反应堆一回路对核主泵叶轮入流特性的影响

排灌机械工程学报 2023年第10期41卷 973-980页

作者：黎义斌张帆郭艳磊李冬浩王秀勇王岩杨从新瞿泽晖兰州理工大学能源与动力工程学院甘肃兰州730050 中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室四川成都610213

为了研究反应堆一回路对核主泵(RCP)叶轮入流特性的影响,将蒸汽发生器(SG)、入口弯管、冷热段管道、核反应堆及RCP进行联合简化建模.基于CFD方法对其一回路进行流场计算分析,对比分析均匀入流条件下RCP数值计算结果与试验结果,可以发现... 详细信息

为了研究反应堆一回路对核主泵(RCP)叶轮入流特性的影响,将蒸汽发生器(SG)、入口弯管、冷热段管道、核反应堆及RCP进行联合简化建模.基于CFD方法对其一回路进行流场计算分析,对比分析均匀入流条件下RCP数值计算结果与试验结果,可以发现,由数值模拟得到的扬程和效率误差均在5%以内,验证了数值计算方法的正确性.在反应堆一回路中采用多孔介质模型,通过泵特性曲线与管路特性曲线的动态匹配,使得闭式系统RCP流量与额定工况值相差0.998%,扬程相差3.76%,二者误差较小,从而实现了管路阻力的动静态调节.研究结果表明:入口弯管内流动的周向对称性被破坏,其压力和速度分布呈现不均匀分布,受弯管曲率的影响,在离心力作用下产生二次流动;与均匀入流工况相比,非均匀入流工况下RCP入口处形成了一对回旋方向相反的旋涡,速度和压力的对称分布特性被破坏,且沿周向和径向的轴向速度变化均大于平均速度的80%.因此,本研究建立的数值预测方法可以为研究反应堆一回路对RCP叶轮入流特性的影响提供理论依据.

关键词：核主泵反应堆一回路入口流场非均匀入流数值模拟