核主泵导叶位置与压水室隔舌匹配特性研究

摘要

反应堆冷却剂循环泵（简称“核主泵”）是核岛一回路系统中唯—高速旋转的设备,长期工作于高温、高压、强辐射环境中，其性能和可靠性直接影响核电站的安全正常工作。
　　核主泵的过流部件主要由叶轮、导叶和压水室三部分组成。核主泵叶轮、导叶和压水室的多参数耦合匹配特性决定了泵的性能曲线、运行的稳定性；而单一过流部件的性能最优并不代表整机性能的最优，同时各个过流部件的参数相互关联和影响，因此需要对各个过流部件多参数下的匹配规律以及其对泵的外特性和内部流动结构的影响做更深入的研究。本文围绕核主泵导叶位置与压水室隔舌间的匹配展开研究。
　　本文以课题组自己设计的 AP1000核主泵模型泵为研究对象，采用CFD数值计算方法对其内部流动进行全三维数值计算。主要研究内容分为以下3个部分：
　　1、导叶周向布置位置对核主泵性能的影响。
　　分别从稳态和瞬态两方面进行研究。结果表明，导叶周向位置对小流量下模型泵扬程、效率影响较小，最大偏差分别为0.46m、1.52％，对设计流量和大流量下的扬程、效率影响较大，偏差高达1.17m、5.83%。导叶周向位置对模型泵内压力分布影响较大，在时域图中，导叶位置主要影响模型泵内压力脉动的波动幅度；在频域图中，导叶位置主要影响压力脉动能量幅值。导叶周向位置对导叶下游的流场结构影响较大。合适的导叶周向位置可有效改善泵内的压力分布，进而降低泵的振动和噪声。
　　2、隔舌倒圆半径对核主泵稳态性能的影响。
　　研究了倒圆半径对模型泵、叶轮、导叶和压水室外特性的影响规律，并分析了倒圆半径对泵内部流场结构的影响。结果表明，倒圆半径对模型泵的扬程影响较小，对效率影响较大，最大偏差分别为0.68m、3.32%。在结构尺寸允许的条件下适当增大倒圆半径可提高泵的性能，改善右侧隔舌处液流分流附近的流动状态，减小类似隔舌部位的低压区，但倒圆半径具体的取值还与其他水力部件的匹配有关。
　　3、核主泵导叶周向布置位置与隔舌倒圆半径匹配的研究。
　　研究了设计工况下导叶周向布置位置与隔舌倒圆半径的匹配关系对模型泵、叶轮、导叶和压水室外特性的影响规律，并探讨了不同匹配关系对内部流场结构的影响。结果表明，导叶在某一周向位置时存在一个最优的隔舌倒圆半径与之匹配，匹配后的模型泵其水力性能好，流动均匀、光滑，湍流耗散损失小，压力分布均匀。
　　本文的研究工作在一定程度上为核主泵的设计提供了理论指导，为核主泵的后续研究奠定基础。

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第1章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3研究的主要内容

1.4课题来源

1.5本章小结

1.6创新点

第2章 核主泵内部流动的数值计算方法与试验验证

2.1模型泵的建立

2.2计算模型

2.3数值计算方法

2.4 网格划分和无关性验证

2.5 试验验证

2.6本章小结

第3章 导叶周向布置位置对核主泵性能的影响

3.1计算模型

3.2导叶周向布置位置对核主泵稳态性能的影响

3.3导叶周向布置位置对核主泵压力脉动的影响

3.4本章小结

第4章 隔舌倒圆半径对核主泵稳态性能的影响

4.1计算模型

4.2隔舌倒圆半径对核主泵水力性能的影响

4.3隔舌倒圆半径对核主泵内部流场的影响

4.4 本章小结

第5章 核主泵导叶周向布置位置与隔舌倒圆半径匹配研究

5.1计算模型

5.2 导叶周向布置位置与隔舌倒圆半径匹配对核主泵水力性能的影响

5.3 导叶周向布置位置与隔舌倒圆半径匹配对核主泵内部流场的影响

5.4 本章小结

结论与展望

1、 结论

2、 展望

参考文献

致谢

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