屏蔽式核主泵多工况下内部流动特征分析
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ＯＲＣＩＤ：００００－０００２－１６５３－６８０９ Ｅｍａｉｌ：ｚｓｙ１９９３０５２４＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ
引用格式：程效锐，张舒研，陈红杏．屏蔽式核主泵多工况下内部流动特征分析［Ｊ］．西华大学学报（自然科学版），２０１９，３８（４）：２８－３６． ＣＨＥＮＧＸｉａｏｒｕｉ，ＺＨＡＮＧＳｈｕｙａｎ，ＣＨＥＮＨｏｎｇｘｉｎｇ．Ａｎａｌｙｓｉｓｏｆｉｎｔｅｒｎａｌｆｌｏｗｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｃａｎｎｅｄｎｕｃｌｅａｒｒｅａｃｔｏｒｃｏｏｌａｎｔｐｕｍｐｕｎ ｄｅｒｍｕｌｔｉｐｌｅｏｐｅｒａｔｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＸｉｈｕａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ），２０１９，３８（４）：２８－３６．
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｆｌｏｗｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｎｕｃｌｅａｒｍａｉｎｐｕｍｐｈｙｄｒａｕｌｉｃｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｄｅｅｐｌｙ，ｂａｓｅｄ ｏｎｔｈｅｃｏｎｔｉｎｕｉｔｙｅｑｕａｔｉｏｎ，ＲｅｙｎｏｌｄｓｔｉｍｅａｖｅｒａｇｅｄＮＳｅｑｕａｔｉｏｎａｎｄＲＮＧｋεｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅｍｏｄｅｌ，ｔｈｅｔｈｒｅｅｄｉｍｅｎｓｉｏｎ ａｌｉｎｃｏｍｐｒｅｓｓｉｂｌｅｔｕｒｂｕｌｅｎｔｆｌｏｗｏｆｎｕｃｌｅａｒｍｏｄｅｌｍａｉｎｐｕｍｐｗｉｔｈａｃｏｎｔｒａｃｔｅｄｒａｔｉｏｏｆ０．４ｗａｓｓｉｍｕｌａｔｅｄｕｎｄｅｒｔｈｅ ｔｈｒｅｅｔｙｐｉｃａｌｏｐｅｒａｔｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ（０．８Ｑｄ，１．０Ｑｄ，１．２Ｑｄ）．Ｔｈｅｐｒｅｓｓｕｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｎｄｆｌｏｗｆｉｅｌｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｔｈｅ ｎｕｃｌｅａｒｍｏｄｅｌｍａｉｎｐｕｍｐｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｏｐｅｒａｔｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｗｅｒｅｃｏｍｐａｒｅｄａｎｄａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｆｌｏｗｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆ ｔｈｅｉｍｐｅｌｌｅｒ，ｇｕｉｄｅｖａｎｅａｎｄｃａｓｉｎｇｗｅｒｅｄｅｓｃｒｉｂｅｄａｎｄｔｈｅｃａｕｓｅｓｏｆｔｈｅｓｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｗｅｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ａｔｔｈｅｓａｍｅ ｔｉｍｅ，ｔｈｅｎｕｍｅｒｉｃａｌｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｈｅａｄａｎｄｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｖａｌｕｅｓｗｅｒｅｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓｏｆｃｌｏｓｅｄｅｘｐｅｒｉ ｍｅｎｔａｌｅｑｕｉｐｍｅｎｔ．Ｔｈｅｍｏｄｅｌｐｕｍｐ＇ｓｅｘｔｅｒｎａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｃｕｒｖｅｗａｓｐｌｏｔｔｅｄａｔ０．８Ｑｄ～１．２Ｑｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔ ｔｈｅｎｕｍｅｒｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓｍｅｔｈｏｄ，ｂａｓｅｄｏｎＡＮＳＹＳＣＦＸ，ｃａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｐｒｅｄｉｃｔｔｈｅｈｙｄｒａｕｌｉｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｎｕｃｌｅａｒ
第 ３８卷第 ４期
Ｖｏｌ３８，Ｎｏ４ ·能源与环境·
西华大学学报（自然科学版） ＪｏｕｒｎａｌｏｆＸｉｈｕａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ）
２０１９年 ７月
Ｊｕｌ．２０１ ９
屏蔽式核主泵多工况下内部流动特征分析
程效锐１，２，张舒研１ ，陈红杏１
（１．兰州理工大学 能源与动力工程学院，甘肃 兰州 ７３００５０； ２．兰州理工大学甘肃省流体机械及系统重点实验室，甘肃 兰州 ７３００５０）
第 ４期
收稿日期：２０１８－０５－１４ 基金项目：国家自然科学基金项目（５１４６９０１３）。 第一作者：程效锐（１９７２—），男，副教授，硕士研究生导师，主要研究方向为流体机械数值模拟与优化设计以及极端参数离心泵的设计。
ＯＲＣＩＤ：００００－０００３－４０６３－０５０１ Ｅｍａｉｌ：ｃｘｒ１６８８６１＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ 通信作者：张舒研（１９９３—），男，硕士研究生，主要研究方向为流体机械内部流动与其性能研究。
关键词：核主泵；多工况；流动特征；数值模拟；性能预测 中图分类号：ＴＨ３１１ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７３－１５９Ｘ（２０１９）０４－００２８－０９ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３－１５９Ｘ．２０１９．０４．００５
ＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＩｎｔｅｒｎａｌＦｌｏｗ ＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＣａｎｎｅｄＮｕｃｌｅａｒＲｅａｃｔｏｒ ＣｏｏｌａｎｔＰｕｍｐＵｎｄｅｒＭｕｌｔｉｐｌｅＯｐｅｒａｔｉｎｇＣｏｎｄｉｔｉｏｎｓ
ＣＨＥＮＧＸｉａｏｒｕｉ１，２，ＺＨＡＮＧＳｈｕｙａｎ１ ，ＣＨＥＮＨｏｎｇｘｉｎｇ１
（１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｎｅｒｇｙａｎｄＰｏｗｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＬａｎｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｌａｎｚｈｏｕ７３００５０Ｃｈｉｎａ； ２．ＫｅｙＬａｓｔｅｍｓｏｆＧａｎｓｕＰｒｏｖｉｎｃｅ，ＬａｎｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｌａｎｚｈｏｕ７３００５０Ｃｈｉｎａ）
摘 要：为深入研究核主泵水力部件的流动特性，基于连续性方程、雷诺时均 ＮＳ方程和 ＲＮＧｋε湍流模 型，针对 ３种典型运行工况（０．８Ｑｄ、１．０Ｑｄ、１．２Ｑｄ）下缩比系数为 ０．４的某型屏蔽式反应堆主冷却剂泵模型泵的 三维不可压湍流流场进行定常数值模拟，对比分析不同工况下核主泵的压力分布与流场分布，描述叶轮、导叶 与压水室的流动特征，并对造成这些特征的原因予以讨论和说明。同时，将数值计算的扬程值和效率值与在闭 式试验台所做的试验结果进行对比，绘制出该模型泵在 ０．８Ｑｄ～１．２Ｑｄ的外特性曲线。结果表明：基于 ＡＮＳＹＳ ＣＦＸ的数值分析方法能够有效预测核主泵的水力性能，揭示内部流场的特点，获得内部流动细节；在设计工况 下，核主泵的水力性能最佳且流态保持均匀稳定；通过与非设计工况对比，较为全面的掌握了核主泵的流动特 性。该研究可为核主泵的水力部件设计与优化提供一定的参考。
引用格式：程效锐，张舒研，陈红杏．屏蔽式核主泵多工况下内部流动特征分析［Ｊ］．西华大学学报（自然科学版），２０１９，３８（４）：２８－３６． ＣＨＥＮＧＸｉａｏｒｕｉ，ＺＨＡＮＧＳｈｕｙａｎ，ＣＨＥＮＨｏｎｇｘｉｎｇ．Ａｎａｌｙｓｉｓｏｆｉｎｔｅｒｎａｌｆｌｏｗｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｃａｎｎｅｄｎｕｃｌｅａｒｒｅａｃｔｏｒｃｏｏｌａｎｔｐｕｍｐｕｎ ｄｅｒｍｕｌｔｉｐｌｅｏｐｅｒａｔｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＸｉｈｕａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ），２０１９，３８（４）：２８－３６．
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｆｌｏｗｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｎｕｃｌｅａｒｍａｉｎｐｕｍｐｈｙｄｒａｕｌｉｃｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｄｅｅｐｌｙ，ｂａｓｅｄ ｏｎｔｈｅｃｏｎｔｉｎｕｉｔｙｅｑｕａｔｉｏｎ，ＲｅｙｎｏｌｄｓｔｉｍｅａｖｅｒａｇｅｄＮＳｅｑｕａｔｉｏｎａｎｄＲＮＧｋεｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅｍｏｄｅｌ，ｔｈｅｔｈｒｅｅｄｉｍｅｎｓｉｏｎ ａｌｉｎｃｏｍｐｒｅｓｓｉｂｌｅｔｕｒｂｕｌｅｎｔｆｌｏｗｏｆｎｕｃｌｅａｒｍｏｄｅｌｍａｉｎｐｕｍｐｗｉｔｈａｃｏｎｔｒａｃｔｅｄｒａｔｉｏｏｆ０．４ｗａｓｓｉｍｕｌａｔｅｄｕｎｄｅｒｔｈｅ ｔｈｒｅｅｔｙｐｉｃａｌｏｐｅｒａｔｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ（０．８Ｑｄ，１．０Ｑｄ，１．２Ｑｄ）．Ｔｈｅｐｒｅｓｓｕｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｎｄｆｌｏｗｆｉｅｌｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｔｈｅ ｎｕｃｌｅａｒｍｏｄｅｌｍａｉｎｐｕｍｐｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｏｐｅｒａｔｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｗｅｒｅｃｏｍｐａｒｅｄａｎｄａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｆｌｏｗｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆ ｔｈｅｉｍｐｅｌｌｅｒ，ｇｕｉｄｅｖａｎｅａｎｄｃａｓｉｎｇｗｅｒｅｄｅｓｃｒｉｂｅｄａｎｄｔｈｅｃａｕｓｅｓｏｆｔｈｅｓｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｗｅｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ａｔｔｈｅｓａｍｅ ｔｉｍｅ，ｔｈｅｎｕｍｅｒｉｃａｌｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｈｅａｄａｎｄｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｖａｌｕｅｓｗｅｒｅｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓｏｆｃｌｏｓｅｄｅｘｐｅｒｉ ｍｅｎｔａｌｅｑｕｉｐｍｅｎｔ．Ｔｈｅｍｏｄｅｌｐｕｍｐ＇ｓｅｘｔｅｒｎａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｃｕｒｖｅｗａｓｐｌｏｔｔｅｄａｔ０．８Ｑｄ～１．２Ｑｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔ ｔｈｅｎｕｍｅｒｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓｍｅｔｈｏｄ，ｂａｓｅｄｏｎＡＮＳＹＳＣＦＸ，ｃａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｐｒｅｄｉｃｔｔｈｅｈｙｄｒａｕｌｉｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｎｕｃｌｅａｒ
第 ３８卷第 ４期
Ｖｏｌ３８，Ｎｏ４ ·能源与环境·
西华大学学报（自然科学版） ＪｏｕｒｎａｌｏｆＸｉｈｕａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ）
２０１９年 ７月
Ｊｕｌ．２０１ ９
屏蔽式核主泵多工况下内部流动特征分析
程效锐１，２，张舒研１ ，陈红杏１
（１．兰州理工大学 能源与动力工程学院，甘肃 兰州 ７３００５０； ２．兰州理工大学甘肃省流体机械及系统重点实验室，甘肃 兰州 ７３００５０）
第 ４期
收稿日期：２０１８－０５－１４ 基金项目：国家自然科学基金项目（５１４６９０１３）。 第一作者：程效锐（１９７２—），男，副教授，硕士研究生导师，主要研究方向为流体机械数值模拟与优化设计以及极端参数离心泵的设计。
ＯＲＣＩＤ：００００－０００３－４０６３－０５０１ Ｅｍａｉｌ：ｃｘｒ１６８８６１＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ 通信作者：张舒研（１９９３—），男，硕士研究生，主要研究方向为流体机械内部流动与其性能研究。
关键词：核主泵；多工况；流动特征；数值模拟；性能预测 中图分类号：ＴＨ３１１ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７３－１５９Ｘ（２０１９）０４－００２８－０９ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３－１５９Ｘ．２０１９．０４．００５
ＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＩｎｔｅｒｎａｌＦｌｏｗ ＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＣａｎｎｅｄＮｕｃｌｅａｒＲｅａｃｔｏｒ ＣｏｏｌａｎｔＰｕｍｐＵｎｄｅｒＭｕｌｔｉｐｌｅＯｐｅｒａｔｉｎｇＣｏｎｄｉｔｉｏｎｓ
ＣＨＥＮＧＸｉａｏｒｕｉ１，２，ＺＨＡＮＧＳｈｕｙａｎ１ ，ＣＨＥＮＨｏｎｇｘｉｎｇ１
（１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｎｅｒｇｙａｎｄＰｏｗｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＬａｎｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｌａｎｚｈｏｕ７３００５０Ｃｈｉｎａ； ２．ＫｅｙＬａｓｔｅｍｓｏｆＧａｎｓｕＰｒｏｖｉｎｃｅ，ＬａｎｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｌａｎｚｈｏｕ７３００５０Ｃｈｉｎａ）
摘 要：为深入研究核主泵水力部件的流动特性，基于连续性方程、雷诺时均 ＮＳ方程和 ＲＮＧｋε湍流模 型，针对 ３种典型运行工况（０．８Ｑｄ、１．０Ｑｄ、１．２Ｑｄ）下缩比系数为 ０．４的某型屏蔽式反应堆主冷却剂泵模型泵的 三维不可压湍流流场进行定常数值模拟，对比分析不同工况下核主泵的压力分布与流场分布，描述叶轮、导叶 与压水室的流动特征，并对造成这些特征的原因予以讨论和说明。同时，将数值计算的扬程值和效率值与在闭 式试验台所做的试验结果进行对比，绘制出该模型泵在 ０．８Ｑｄ～１．２Ｑｄ的外特性曲线。结果表明：基于 ＡＮＳＹＳ ＣＦＸ的数值分析方法能够有效预测核主泵的水力性能，揭示内部流场的特点，获得内部流动细节；在设计工况 下，核主泵的水力性能最佳且流态保持均匀稳定；通过与非设计工况对比，较为全面的掌握了核主泵的流动特 性。该研究可为核主泵的水力部件设计与优化提供一定的参考。