發(fā)布時間：2020-11-23 11:57

　　 核電以清潔、穩(wěn)定和高效的優(yōu)點在當今得到廣泛開發(fā)和利用,核主泵作為整個核電中的核心設備,核主泵高效、長期安全穩(wěn)定運行是核電發(fā)展的保障。本文以提高核主泵的水力性能為出發(fā)點,以一臺離心式核主泵為研究對象,設計徑向導葉、扭曲導葉、半高導葉、截短靠近蝸殼出口的徑向導葉葉片和加厚徑向導葉共5種方案的導葉結構,通過數(shù)值模擬對比分析不同方案核主泵水力模型的內部流動特性和壓力脈動特性。首先對核主泵進行了不同流量工況下的三維定常數(shù)值模擬,得到了核主泵的外特性曲線和內部流動規(guī)律。結果發(fā)現(xiàn)整體上核主泵在設計工況下的流動狀態(tài)最好,壓力和速度分布均勻,流動中沒有漩渦、回流等現(xiàn)象;在小流量工況下核主泵葉輪和導葉內存在漩渦阻塞流道,導葉出口流動分離嚴重,在環(huán)形壓水室隔舌附近有沖擊回流。其次,為提高核主泵的水力效率,設計不同結構的導葉,對比分析不同方案核主泵在高速工況n=2850r/min運行時的外特性和內部流場特性。結果發(fā)現(xiàn)帶扭曲導葉的核主泵在設計工況點水力效率最高,表明扭曲導葉與流體的流動趨勢吻合優(yōu)良,降低了流體在導葉內的水力損失;截短靠近蝸殼出口的圓柱型葉片可減少蝸殼隔舌附近的沖擊回流。加厚導葉對流體的控制加強,減少了漩渦等復雜流動,并防止流體在導葉出口發(fā)生擴散。湍動能強度較大的區(qū)域主要集中在葉輪出口和導葉入口的過渡區(qū)域和蝸殼隔舌附近。最后,為探討導葉結構對核主泵壓力脈動的影響,對比分析核主泵不同位置的壓力脈動特性,結果表明:在低速工況n=1450r/min,截短靠近蝸殼出口圓柱型導葉葉片的核主泵水力效率最高,比原模型提高了1%,在高速工況n=2850r/min,帶扭曲導葉核主泵的水力效率最高,比原模型提高了0.97%。帶半高導葉的核主泵無論是在低速工況還是在高速工況,核主泵的水力效率均比原模型差,是因為半高導葉的葉片與前蓋板之間的間隙存在漩渦等復雜流動,導葉出口有流動分離現(xiàn)象。葉輪和導葉內的壓力脈動主要受葉輪旋轉和葉輪葉片數(shù)控制,葉輪進口輪緣的壓力脈動幅值較輪轂處大,葉輪和導葉之間的動靜干涉效應是影響壓力脈動的主要因素。扭曲導葉可降低葉輪出口、導葉和蝸殼內的脈動幅值,其效果最為明顯,有利于核主泵長期安全穩(wěn)定運行,截短靠近蝸殼出口的導葉葉片可降低導葉入口和出口的壓力脈動幅值,加厚導葉有利于流體在蝸殼出口的穩(wěn)定出流。
【學位單位】：蘭州理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2017
【中圖分類】：TL353.12
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 課題的研究背景和意義
    1.2 核主泵研究現(xiàn)狀概述
        1.2.1 核主泵設計優(yōu)化研究
        1.2.2 核主泵非定常流動特性研究
        1.2.3 核主泵變轉速運行特性研究
    1.3 本文主要研究內容概述
    1.4 課題名稱及來源
第2章 湍流數(shù)值模擬方法及湍流模型
    2.1 湍流流動
    2.2 湍流控制方程
    2.3 湍流數(shù)值模擬方法
        2.3.1 直接數(shù)值模擬
        2.3.2 大渦模擬
        2.3.3 分離渦模擬
        2.3.4 雷諾時均模擬方法
    2.4 本章小結
第3章 核主泵內流特性的數(shù)值分析
    3.1 核主泵基本設計參數(shù)介紹
    3.2 水力部件設計簡要介紹
        3.2.1 核主泵葉輪設計
        3.2.2 核主泵導葉設計
    3.3 核主泵計算域三維建模
    3.4 核主泵計算域網(wǎng)格劃分
    3.5 核主泵內部定常流動特性數(shù)值分析
        3.5.1 數(shù)值模擬邊界條件設置
        3.5.2 模型泵外特性數(shù)值模擬結果與實驗結果對比分析
        3.5.3 模型泵內部中間截面流場特性分析
    3.6 本章小結
第4章 導葉結構對核主泵水力性能的影響
    4.1 不同導葉結構的模型泵方案介紹
    4.2 導葉結構對核主泵外特性的影響分析
    4.3 導葉結構對模型泵中間截面流動特性的影響分析
        4.3.1 導葉和蝸殼中間截面的靜壓分布特性
        4.3.2 導葉和蝸殼中間截面的流線分布特性
        4.3.3 導葉和蝸殼中間截面的湍動能分布特性
    4.4 導葉結構對模型泵子午面流動特性的影響分析
        4.4.1 導葉子午面靜壓分布特性
        4.4.2 導葉子午面流線分布特性
        4.4.3 導葉子午面湍動能分布特性
        4.4.4 蝸殼子午面靜壓分布特性
        4.4.5 蝸殼子午面流線分布特性
        4.4.6 蝸殼子午面湍動能分布
    4.5 本章小結
第5章 變轉速工況下導葉結構對核主泵穩(wěn)定性的影響
    5.1 變轉速工況下不同方案的模型泵外特性數(shù)值模擬結果
    5.2 監(jiān)測點布置及時間步選取
    5.3 核主泵在不同位置對壓力脈動特性的影響分析
        5.3.1 葉輪內從進口到出口壓力脈動特性
        5.3.2 導葉由進口到出口的壓力脈動特性
    5.4 高速工況下導葉結構對模型泵壓力脈動的影響分析
        5.4.1 導葉結構對葉輪進出口壓力脈動的影響分析
        5.4.2 導葉結構對導葉不同位置壓力脈動的影響分析
        5.4.3 導葉結構對蝸殼內不同位置壓力脈動的影響分析
    5.5 不同轉速下導葉結構對核主泵穩(wěn)定性影響分析
        5.5.1 不同轉速下導葉結構對葉輪出口壓力脈動的影響分析
        5.5.2 不同轉速下導葉結構對導葉入口壓力脈動的影響分析
        5.5.3 不同轉速下導葉結構對導葉出口壓力脈動的影響分析
        5.5.4 不同轉速下導葉結構對蝸殼內壓力脈動的影響分析
    5.6 本章小結
第6章 總結與展望
    6.1 主要研究成果
    6.2 展望
參考文獻
致謝
附錄A 攻讀學位期間公開發(fā)表的論文

【參考文獻】

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本文編號：2894693