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导叶安放角变化规律对核主泵性能特性影响研究

导叶安放角变化规律对核主泵性能特性影响研究

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作者：罗逸民西华大学

学位级别：硕士

核电以安全、高效和经济等优点已越来越受到世界各国的关注,核主泵作为核电站冷却剂循环系统中最为关键的部件之一,在保障核电的安全发展方面发挥着重要的作用。导叶是核主泵中重要的过流部件,其安放角沿流线变化的合理性直接影响着核... 详细信息

核电以安全、高效和经济等优点已越来越受到世界各国的关注,核主泵作为核电站冷却剂循环系统中最为关键的部件之一,在保障核电的安全发展方面发挥着重要的作用。导叶是核主泵中重要的过流部件,其安放角沿流线变化的合理性直接影响着核主泵的性能,对提高核主泵高效性和稳定性至关重要。本文以某一混流式核主泵为研究对象,对核主泵进行了不同流量工况和断电惰转工况的数值模拟计算,研究分析了导叶安放角变化规律对核主泵性能特性的影响,主要研究内容和成果如下:(1)通过三维建模软件和水力设计软件建立了不同导叶安放角变化规律的核主泵流体域模型,利用ICEM和Turbogrid对流体域模型进行六面体结构化网格划分,基于SST k-ω湍流模型和绝热无滑移壁面条件对核主泵进行定常和非定常数值模拟计算。(2)结合熵产理论对不同导叶的核主泵进行水力性能分析。结果表明:在设计流量和大流量工况下,导叶安放角“下凹”的DY4(模型泵代号,下同)扬程和效率最高,最佳效率出现在设计流量,相比安放角“上凸”程度较大的DY1效率提升3.68%;DY4压力和速度流线分布均匀且变化平稳;导叶和蜗壳内流动损失占比最低,流动损失分布较均匀,流动损失系数高幅值区域面积较小。在小流量工况下,安放角“下凹”程度较大的DY5扬程和效率最高,最高效率出现在0.8Q,相比DY4的最佳效率值提升1.69%。(3)对比分析了不同导叶安放角变化规律的核主泵模型在惰转过程中的外特性和惰转性能特性,并结合Q准则对惰转过程中的涡动力学特性进行了研究。结果表明:随着惰转的进行,不同模型泵扬程和转矩下降速率逐渐减小,其中DY4扬程最高,转矩最小,而DY5扬程下降速率最大,转矩最大。在不同惰转阶段,DY5叶轮所受径向力相对较小,但其导叶径向力幅值最大;在惰转初期,DY4径向力下降幅值最大。在惰转过程中,不同导叶的模型泵叶轮叶片载荷差值逐渐减小,安放角变化规律呈“下凹”的DY4和DY5叶轮叶片载荷在流线相对位置为0.6之后明显高于其他模型泵;DY5导叶叶片载荷波动幅值最高,且随惰转的发展不断减小。随着惰转的进行,不同导叶安放角变化规律的模型泵叶轮和导叶内的涡结构和漩涡强度有所减小,但在T=1s时涡结构均有所增加,强涡区域面积增大。导叶流道内涡结构较叶轮流道更复杂,随着惰转的发展不同模型泵涡结构面积和强度不断减小,其中,DY4泵内涡结构强度和面积最小,DY5最大。

关键词：核主泵导叶安放角变化规律水力性能熵产理论流动损失惰转性能特性涡动力特性

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