【摘要】：當前,我國對能源的需求日趨增加,在工業(yè)生產中開發(fā)與利用核能勢在必行;同時核電能源相較于其他能源來說其優(yōu)勢也是比較突出的。核主泵作為整個系統(tǒng)中高速轉動的動力裝備,其運行的可靠性以及工作過程中的穩(wěn)定性對防止發(fā)生核泄漏事故有著重要意義。但是當系統(tǒng)中二、三回路發(fā)生故障致使冷卻劑較長時間下持續(xù)高溫導致堆芯的冷卻效果不明顯時,極易使得核主泵發(fā)生空化,具體表現(xiàn)為其外特性出現(xiàn)明顯變化并嚴重影響核主泵的安全工作。本研究采用某一核主泵的模型泵為研究對象,取其縮比系數(shù)為0.4,主要采取數(shù)值模擬的方法同時通過試驗加以驗證,對核主泵的內部流動特征進行深入探討與研究。同時針對弱空化狀態(tài)下核主泵內部空化流動與外特性的變化進行分析,并在此基礎上歸納了空化初生的判別方法與發(fā)生空化的影響因素。主要研究內容及其成果如下:1.屏蔽式核主泵多工況下內部流動特征分析。對不同流量工況下模型泵的三維不可壓湍流流場進行了定常數(shù)值模擬,結果表明:隨著葉輪從進口到出口中間流線位置的變化,葉輪的進口處靜壓值最小,壓水室外壁的靜壓值是最大的。其原因在于流道的不斷擴張,導致了靜壓值持續(xù)上升。而在葉片流線相對位置0.8以后,流體的壓力呈現(xiàn)出一定的波動,主要原因是葉輪葉片與導葉葉片的交界面存在干涉和葉輪葉片兩側存在壓差的緣故。同時,隨著流量的增大,導葉內速度梯度先變小后變大,在偏離設計工況的時候導葉內速度梯度均高于在設計工況時。表明在設計流量的工況下,該水力模型流態(tài)穩(wěn)定且均勻。此外,在設計工況下湍動能分布最為合理,能量損失也是最小的,同時也證明設計工況下其水力性能最佳。2.屏蔽式核主泵弱空化演變過程中外特性變化規(guī)律與空化流動特性研究。通過分析核主泵四種弱空化工況,探究其內部空化流動特性并分析發(fā)生的原因。結果表明:由于葉輪進口輪緣處圓周速度較大,所以低壓區(qū)最先在該處產生,之后隨葉片主流的方向沿輪緣處向葉片中部擴展,直至占據(jù)整個葉片的吸力面。同時葉片中間流線上載荷分布呈現(xiàn)由增到減的趨勢,隨著空化的不斷演變發(fā)展,葉片載荷力與揚程都逐漸降低。輕微空化時由于氣泡的產生對流體的流動具有阻礙效果,而且能夠影響過流的通暢;同時渦流黏性在臨界空化狀態(tài)前呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢。葉輪吸力面的空泡體積分數(shù)分布與其低壓區(qū)域的分布是一致的�？栈l(fā)生后,葉片吸力面壓力明顯降低,同時葉片對流體做功能力大幅削弱,最終表現(xiàn)為模型泵外特性下降。此外研究還發(fā)現(xiàn),當核主泵處于輕微空化階段時,雖然核主泵能夠正常運行,且揚程與效率未見下降,但其內部空化已經發(fā)生,所以后續(xù)應當針對核主泵展開空化初生的研究。3.對空化初生的概念與空化數(shù)表達式以及空化初生的判斷方法及其影響因素進行歸納總結。(1)空化初生的判斷方法主要有空化數(shù)法、系統(tǒng)最低壓強法、氣泡動力學法、自相關—小波分析法、最大應力判據(jù)法等九種方法;(2)空化初生的影響因素主要有氣核含量及其分布、流體黏性、壓力與壓力梯度、流速等。本部分內容期望對流體機械的從業(yè)者和對空化問題感興趣的學者在這一問題的研究上縷清思路,起到拋磚引玉的作用,并期盼相關研究人員能在不久的將來準確把握并理解流體機械的空化機理。
【學位授予單位】：蘭州理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TM623
【圖文】：

屏蔽式核主泵內部流動與弱空化特性的相關性研究為核島的“中樞”與“心臟”[3]。它的主要作用是當核主泵系統(tǒng)充水過程中去除并多余的氣體；在核反應堆開始工作前使得循環(huán)系統(tǒng)的工作溫度能夠提升到一定范圍正常工作的條件下使得一回路冷卻劑能夠冷卻反應堆的堆芯，確保核電站的發(fā)電安效率使其可靠運行；此外一旦事故出現(xiàn)的時候能夠有效地防止核事故擴大[4]。由于泵是在高溫、高壓的環(huán)境下長時間運行，并且使冷卻劑循環(huán)流動，因而主泵對壓力圍環(huán)境的溫度變化都是十分敏感的。在一座核電站中，由二三回路發(fā)生的運行事故致的回路系統(tǒng)的溫度驟升現(xiàn)象，一回路中的核主泵熱管段運行的失效乃至破裂而導失水事故，以及核電站的啟停與失電等瞬態(tài)工況均會令核主泵內部產生水氣兩相的，此類情況下將導致泵外特性的降低，一旦空化未能及時得到有效控制，將對人們產生活等方面造成嚴重的影響[5]。因而在核電事業(yè)發(fā)展極為迅速的今天，為了能夠核主泵在瞬間啟停與失電情況等特殊條件下的安全運行，針對核主泵進行內部流動及空化流動的研究，能夠對核電站系統(tǒng)的穩(wěn)定安全運行起到積極作用，同時對促進產業(yè)結構調整具有里程碑的意義。

圖 1.2 氣核在憎水性裂隙中的穩(wěn)定性分析Fox 和其團隊提出，由于氣核被一層有機薄膜所包圍著，所以微小氣核是不會被溶解的。這種有機薄膜可以更改液體的有效表面張力，從而推遲蒸發(fā)速率并阻礙擴散效果[16]，進而使得微小氣核可以保持長時間的懸浮狀態(tài)，但還需要進一步證明是否真的存在有機薄膜。高秋生通過熱力學知識對氣泡進行研究并發(fā)現(xiàn)倘若假定液面是平衡的，那么液體內部則不會存在氣泡。然而在憎水性的縫隙中氣泡是能夠穩(wěn)定存在的。并且伴隨著測試技術的不斷進步與豐富，利用水動力學和超聲儀器等方法能夠證實氣核是存在的[17]。20 世紀初期，Rayleigh 分析研究了空化現(xiàn)象，并利用液體中的任意一個球形空泡構建了 Rayleigh 方程[18] 22B BB B23 12d R dRR p pdt dt （1.3）式中：BR 為空核半徑； p 為液體的內部壓力； 為液體密度；Bp 為泡壁的壓力。

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

1 盧加興;袁壽其;任旭東;劉瑩瑩;司喬瑞;;離心泵小流量工況不穩(wěn)定空化特性研究[J];農業(yè)機械學報;2015年08期

2 張敬威;張亞磊;;初生空化數(shù)公式的優(yōu)化研究[J];吉林水利;2014年05期

3 薛瑞;張淼;許戰(zhàn)軍;藺蕾蕾;;對不同空化模型的比較研究[J];西北水電;2014年02期

4 張德勝;潘大志;施衛(wèi)東;張光建;;軸流泵空化流及其誘導壓力脈動的數(shù)值模擬[J];華中科技大學學報(自然科學版);2014年01期

5 司喬瑞;袁壽其;李曉俊;袁建平;盧加興;;空化條件下離心泵泵腔內不穩(wěn)定流動數(shù)值分析[J];農業(yè)機械學報;2014年05期

6 施衛(wèi)東;張光建;張德勝;徐焰棟;;水氣最大密度比對軸流泵空化計算的影響[J];農業(yè)機械學報;2014年05期

7 王佳俊;潘羅平;曹樹良;;小波變換應用于水輪機空化信號檢測[J];水力發(fā)電學報;2013年04期

8 羅麒;;我國能源概況與能源消耗現(xiàn)狀分析[J];商;2013年16期

9 陳頌英;劉恩孝;劉燕;胡濤;;黏性應力對空化核初生的影響[J];工程熱物理學報;2013年07期

10 張宏偉;李大尉;宮禹;孫紹凱;;水的空化技術及其應用[J];黑龍江科學;2013年05期

本文編號：2725201