核主泵与蒸汽发生器流场耦合特性研究

摘要

为了解决能源危机，我国引进了美国西屋公司研发的三代核电技术，该项核电技术和传统的二代加核电技术相比在一回路上连接管路上进行了改动，具体是取消了蒸汽发生器和核主泵之间的连接管道，这一个改动使得核主泵直接挂在了蒸汽发生器出口管上，导致流经蒸汽发生器的紊乱流体未经整流直接灌入了两台并联的核主泵。这种非均匀的入流造成了核主泵入口处流体的畸变，而已经有相关研究表明入口处的畸变将对核主泵的性能产生一系列影响。而之前国内外对核主泵的研究，很少有能考虑到蒸汽发生器的换热管以及出口管对其性能的影响，并且实验方面相关的数据严重缺乏。为此，本文采用实验研究和数值模拟相结合的方法，全面考虑核主泵与蒸汽发生器之间的耦合效应，研究蒸汽发生器换热管以及出口管参数对核主泵入口流场的影响和核主泵对蒸汽发生器出口流场的反影响。 首先进行了蒸汽发生器缩尺模型实验，对Delta125蒸汽发生器进行了合理的简化，然后对蒸汽发生器换热管内流量进行测量。实验结果发现蒸汽发生器入口管将会其所正对部分的换热管产生较大影响，使该部分流量增大，即形成高速区。而高速周围则会形成相对的低速区甚至回流区，且这一现象在大流量下更为明显。小流量时，换热管的沿程损失将对换热管的流量分配起主导作用，入口管的影响将会减小；蒸汽发生器换热管内的不均匀流量分配会对核主泵的入口流场产生影响，具体表现为将会使得蒸汽发生器出口管处的轴向速度更加紊乱，即产生更加严重的核主泵的入流畸变。 数值模拟部分，将简化后的Delta125蒸汽发生器和课题组自主研发的CAP1400屏蔽式核主泵进行联合模拟仿真。结果表明：蒸汽发生器的出口管长主要影响核主泵入口流场的紊乱程度，且当出口管长较短时影响十分明显。而蒸汽发生器的位置对核主泵入口的流场紊乱程度影响较小，但是会对高速区以及低速区产生的位置产生较大的影响；非均匀流场在蒸汽发生器出口管内，随着管长的增大逐渐趋于平稳。回流现象主要发生在距离蒸汽发生器突缩口350mm以内的区域，在本章模型中也就是在一倍的蒸汽发生器管径内。当该距离超出350mm时，回流现象消失，流场变化逐渐趋于稳定。

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