核主泵内多相流动瞬态水力特性的研究论文

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1、ClassifiedIndex：UDC：Ph．D．DissertationResearchonTransientHydraulicCharacteristicsofMultiphaseFlowoftheReactorCoolantPumpByWangXiuliMajor：FluidMachineryandEngineeringSupervisor：Prof．YuanShouqiJiangsuUniversityNovember，2012独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的内

2、容以外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品成果，也不包含为获得江苏大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识学位论文版权使用授权书IIIIIIIlUIIIIIIIY2533931江苏大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期刊(光盘版)电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致，允许论文被查阅和借阅，同时授权中国科学技术信息研究所将本论文编入《中国

3、学位论文全文数据库》并向社会提供查询，授权中国学术期刊(光盘版)电子杂志社将本论文编入《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》并向社会提供查询。论文的公布(包括刊登)授权江苏大学研究生处办理。本学位论文属于不保密口。学位论文作者签名：薅秒力f弓年弓1q，叫日／指导教师签名：铆妒j僻l。只7日摘要核主泵是核电站里最关键的核动力设备之一，其功能是在系统充水时赶气，在开堆前循环升温，在正常运行时确保一回路冷却剂循环以冷却堆芯，在事故工况下阻止核事故扩大等。核主泵长期稳定安全可靠的运行对冷却剂输送、堆芯冷却、热量排出及防止核电站事故发生等极为重要。本文主要工作

4、是围绕对各种事故工况下气一汽一液多相混合物的瞬态流动变化规律进行数值模拟，并利用五孔探针、压力脉动探针及振动仪器等对其进行试验研究。主要研究工作和创造性成果有：1．为了确保核主泵在变流量工况下可靠运行，采用数值模拟与试验相结合的方法对核主泵在瞬变工况下，不同叶片数与导叶片数及不同分流叶片进口直径的叶轮动力特性进行研究，结果表明：在变流量过程中，当叶片数为5片、导叶片为11片时，叶轮承受的径向力最小。分流叶片进口直径为0．72D2时，压力脉动在各工况下运行最小。2．针对核主泵在实际运行中会出现流量瞬变问题，先对核主泵在单相变流量过渡过程时内部水动特性

5、进行研究，再分别对流量不变、含气量增加，含气量不变、流量增加及流量与含气量同时变化过渡过程下，对核主泵内部的气液两相瞬变流动规律进行深入的研究，得到了不同瞬变过渡过程中核主泵气液两相流动的瞬态水动力特性。3．为了解决核主泵对惰转过渡过程提出较高的要求，对比了常规惰转、线性惰转及带惰轮惰转等三种模型在停机过渡过程中水动力特性，得出带惰轮的惰转模型在停机惰转过程中的水动力特性最稳定的结论。在此基础上，分别对单相及气液两相混合工况下的停机过渡过程中水动力特性进行了深入的研究，得到了核主泵在停机过渡过程中，叶轮流道内的压力、速度、气体体积分数、涡量、径向力

6、等变化规律。4．针对隐形空化对核主泵叶轮可产生较大危害的特点，阐述了隐形空化过渡过程中汽相的流动变化规律，提出了汽体体积分数随压力的降低呈现指数函数的变化规律。采用小波变换和傅里叶变换对核主泵在不同空化阶段的压力脉动进行了分析，发现在空化初生工况时，核主泵扬程波动频率主要以低频为主，叶轮流道内压力脉动的主频以转频为主，空化所产生的压力脉动对主频影响不明显；在江苏大学博士学位论文：核主泵多相流动瞬态水力特性研究空化发达工况，空化所诱发的压力脉动随空化发展对主频、次主频及脉动幅值的影响越来越大，扬程脉动频率中低频脉动为主；在空化严重工况时，扬程的脉动频

7、率以无规律变化的脉动高频为主，同时包含近乎规律变化的脉动低频。5．首次基于CFD数值模拟与试验相结合的方法对核主泵失水气液两相混合工况下，含气量与空化之问的影响进行了研究，发现含气量对空化影响非常明显，在相同工况下空化区域随着含气量增加而变小。系统分析了气液两相混合工况下含气量对空化断裂工况的影响，发现含气量能延缓空化断裂工况发生。6．首次基于流固耦合技术对核主泵空化与叶轮最大变形量之间的关系进行探索，获得了不同空化阶段对应的叶轮最大变形量的瞬态脉动变化规律及叶轮径向力不平衡变化规律。首次在考虑气液两相的基础上，对流量或含气量的瞬变对核主泵结构静力

8、学及模态分析的影响进行研究。得到了在流量不变时，含气量与核主泵叶轮最大变形量呈现线性变化关系；含气量不变时，叶轮最大变形量