核反应堆循环系统的研究

摘要

本文采用泵现代设计方法完成了核潜艇反应堆主循环泵系统的设计，并使用CFD方法进行了主泵及循环系统的全面性能预测。 文中使用泵CAD软件PUMPCAD设计叶轮和导叶叶片，CFD软件STAR-CD分析泵内流场的流态分布，以性能预测结果作为评价叶轮性能及修正叶轮的指标，直至满足主循环泵的性能要求。采用泵CAD-CFD相结合的方法，大大提高了设计效率，缩短了产品研发周期。 主循环泵在非正常工况下的动力特性对反应堆的安全是至关重要的，但以常规试验的方法进行非正常工况性能试验花费较高，本文以设计出的轴流泵为研究对象，尝试采用CFD方法进行主泵非正常工况性能的数值试验。提出了飞逸转速数值计算的方法，并以此计算了飞逸转速工况下的阻力系数。 潜艇反应堆在自然循环工况和事故工况下，要求水流流经主循环泵时所受阻力最小。工程上通常在泵的进出口设置阀门装置，通过阀门分流部分流量，达到减小系统阻力的目的。设置阀门后，使系统阻力的计算大大复杂化了。本文对主泵、阀门、管路组成的系统的阻力特性进行了数值模拟，结果表明，在叶轮卡死工况下，设置阀门降低阻力系数的效果是明显的；但在叶轮旋转的情况下，总阻力系数并未减小。原因在于阀门本身的阻力系数较大。本文针对这个问题提出了改进的建议。但由于时间的关系，并未进行更深入的研究。 另本文在CFD前处理工作上进行了具体描述，在实际工程应用上，对旋转机械的网格处理作了详细的介绍。