核主泵故障诊断研究现状与展望

实施“双碳”战略是一场影响广泛而深刻的经济社会系统性变革,如期实现“碳达峰、碳中和”目标离不开电力行业重大技术突破和科技创新支撑.核电凭借高能效、清洁无碳、电量稳定等优势,具有明显的经济效益,应用前景广阔.核安全是核电发展的生命线,核主泵作为核岛一回路系统中的“心脏”,其能否在长服役寿命周期内安全、稳定、可靠运行将直接影响整个核电机组的安全性,因此开展核主泵智能故障诊断与健康管理至关重要.首先,论述了故障诊断对核主泵安全稳定、可靠运行的意义;其次,介绍了核主泵的结构组成与工作原理;再次,阐述了核主泵常见故障类型及机理;从次,综述了近年来国内外学者在核主泵故障诊断与故障预警方面的研究成果;最后,对核主泵故障诊断未来研究方向进行了分析与展望.

极限海浪环境下海洋平台立柱结构载荷及应力分析研究

本文利用开源计算流体力学软件OpenFOAM,数值模拟极限海浪环境下卷破波浪和非破碎波浪对海洋平台立柱的影响,目的是对比分析立柱在上述两种波浪类型下的波浪载荷及结构应力的变化情况。基于雷诺平均Navier-Stokes方程结合k-ωSST湍流模型对流体质点运动方程进行求解。通过数值结果发现,在相同设计波浪参数输入下,作用在海洋平台立柱上的卷破波浪载荷远远高于非破碎波浪载荷。立柱各个结构在非破碎波浪载荷作用下的最大应力值均小于材料的屈服极限。然而,在卷破波浪载荷作用下,部分结构受到的最大应力超过了材料的屈服极限,不满足结构安全要求。因此,在海洋结构物安全设计中需要考虑卷破波浪载荷对结构强度的影响,以确保结构具有足够的安全裕度。

基于CFD-DEM的旋流泵混合颗粒固液两相流研究

为了探究折叶片旋流泵固液两相输送机理,基于CFD-DEM(Computational fluid dynamics-discrete element method)耦合算法,选用油菜籽和黄豆颗粒等比例混合,在不同流量工况和体积分数下对旋流泵进行固液两相流数值模拟和试验研究。同时也研究了折叶片旋流泵内部流动规律及颗粒分布特征。小流量工况下,进口管内螺旋回流长度较长,对进口来流扰动较大。随着流量增大,进口管回流长度逐渐缩短。叶轮前端面旋涡随流量增大,数量先增加后减少,且逐渐向折点方向聚拢。泵内颗粒受循环流和贯通流的共同作用,进口管中心部颗粒主要受贯通流影响,直接穿过无叶腔,冲击叶轮进口;靠近管壁的颗粒受循环流影响较大。无叶腔内颗粒分布呈现出:中心部最高,中间部随外径增大浓度逐渐降低,外缘部浓度稍有上升。叶轮前半部颗粒数量明显少于叶轮后半部,颗粒沿叶片第1段折边运动,在折点处开始发生分离,不再跟随第2段折边。不同工况下,泵进口有不同程度的螺旋回流现象,导致进口过流面积减小。循环流的存在,使得无叶腔和进口管的颗粒充分旋起,泵送能力增强,不易发生堵塞。

灯泡贯流泵局部熵产与能量损失特性研究

为了研究大型灯泡贯流泵的能量损失特性,采用基于有限体积法的数值模拟,结合局部熵产率和网格尺度,通过熵产理论定位贯流泵内能量损失较高的局部区域,分析了不同工况下各部件内局部熵产、能量损失和不稳定流动之间的关联。结果表明:贯流泵系统熵产与试验功率损失保持较高的一致性,相比于大流量工况,小流量液流正冲角更容易诱导能量损失;叶轮轮缘局部熵产最高,体积占比14%的轮缘子域耗散熵产占比超过40%,由叶顶区泄漏流和泄漏涡导致;导叶轮毂和轮缘侧耗散熵产较高,且呈现轮毂侧分散、区域大极值小,轮缘侧集中、区域小极值大的分布特性;灯泡体能量损失在小流量工况下集中在尾部渐缩段,在大流量工况下集中在灯泡尾部的尾迹区。该研究成果对大型泵站群水力性能优化设计及高效、稳定运行具有参考价值。

基于高维混合模型的离心泵叶轮子午面优化设计

为提高离心泵在设计工况下的运行效率和扬程,提出一种基于高维混合模型的离心泵叶轮优化设计方法.选取一台比转数为157的单级离心泵作为研究对象,通过CFturbo软件对优化变量进行参数化,然后结合数值模拟获得高维混合模型的训练集.在此基础上采用获取的训练集通过MATLAB机器学习得出效率、扬程与优化参数之间关于支持向量回归的高维模型,并采用遗传算法寻优.在设计工况下,所拟合的高维混合模型预测的效率和扬程值比原模型分别高1.5%和3.2 m,数值模拟验证优化方案的效率和扬程分别比原模型高0.9%和2.1 m.算例研究表明,将高维混合模型应用于离心泵叶轮的优化设计中可以实现快速寻优并提高离心泵水力性能.

空间导叶式多级离心泵级间能量损失机理

为探究空间导叶式多级离心泵级间能量损失的原因,以1个单级和1个3级潜水泵为研究对象,通过试验和数值模拟相结合的方法,分析其级间能量损失的机理.对单级和3级潜水泵分别进行全流场外特性试验.基于ANSYS软件对3级潜水泵不同流量点进行数值模拟和内流场分析,着重对各级叶轮进口流态、内部旋涡结构和叶片载荷分析比较.结果表明:小流量工况下,3级潜水泵各级扬程接近且与单级扬程相差不大;额定流量工况和大流量工况下,3级潜水泵第1级扬程与单级扬程仍相差不大,但后2级扬程相比于第1级降低了6%~10%.随着流量的增大,首级叶轮来流稳定性不受影响,其后各级叶轮进流流态变差.后2级叶轮进口液体介质冲角变化使其对叶片进口边的冲击增大.后2级叶轮进口处的涡在流量较大时发展为流向涡,从而引起叶片载荷突变,削弱了叶轮做功能力,导致后2级能量损失.研究结果可为多级离心泵的设计提供理论依据.

高速多级深井泵固液两相流及磨损特性

为研究高速多级深井泵内部固液两相流动以及过流部件的磨损特性,采用DPM离散相模型对深井泵内部流动进行数值模拟,并采用磨损模型对叶轮和空间导叶进行磨损数值计算,分析在不同流量下固相颗粒在深井泵内部的流动规律以及叶轮和空间导叶的磨损情况.研究结果表明:在小流量工况下,颗粒在叶轮叶片进口处轨迹较为紊乱,颗粒速度随着流量的增大而增大;颗粒主要分布于叶轮叶片的头部和工作面上,随着流量的增大,颗粒分布面积逐渐扩大;在空间导叶上,颗粒主要呈带状分布于叶片工作面靠近外缘处,且在大流量工况下,叶片上颗粒堆积现象较为严重;叶轮叶片的磨损区域随着流量的增大而扩大,磨损程度以叶片头部最为严重;空间导叶的磨损率和磨损区域随着流量的增大而增大,在大流量工况下叶片工作面靠近外缘处最为严重;第一级叶轮和空间导叶的最大磨损率最大,随着级数的增加,叶轮和空间导叶的最大磨损率逐渐减小;在第一级叶轮中小流量工况下的叶轮最大磨损率最大,额定流量工况下叶轮的最大磨损率最小;在第一级空间导叶中流量为6 m^(3)/h时最大磨损率分别为2 m^(3)/h和4 m^(3)/h的33.5倍和8.5倍;第一级空间导叶的最大磨损率受流量的影响较大.

柔性纤维粒子在离心泵叶轮流道内的流动特性

为了探究柔性纤维粒子对离心泵外特性及其流动特性的影响,采用一台透明有机玻璃制成的模型泵进行外特性试验和PIV试验,分别观察了不同质量分数的纤维粒子对泵性能的影响.结果表明,与输送清水介质相比,离心泵在输送一定质量分数的纤维悬浮液时,其扬程没有明显变化,而效率会有一定的提升.其中,在输送质量分数为0.3%的纤维悬浮液时,效率提高了3.37%.在一定质量分数下,随着流量的增大,流道内的流速稳定增长,流速无较大波动.针对纤维悬浮液,高质量分数下叶片对于流场具有更高的可控性,流道内流动更为稳定.该研究验证了纤维减阻现象的产生,并对减阻效果进行了量化,为采用更大质量分数纤维的测试提供了参考.

空化Reboud修正经验模型的实验验证

为了从湍流脉动层面验证空化Reboud修正经验模型的有效性,利用同步辐射X射线的高穿透性和脉冲特性,发展了一种用于非透明空化内部流场测量的快速成像技术.基于该技术对二维文丘里型通道喉部区域产生的典型空化现象进行了实验研究,实现了空化流动中瞬态速度场和密度场的同步采集,并通过数据处理得到了平均速度场、湍动能和雷诺剪切应力等空化流场数据.实验结果分析表明:在空化边界层内,汽液两相混合物的存在显著改变了湍流脉动场的分布;雷诺剪切应力与湍动能比值(τ/k)不是混合物密度(ρ)的线性函数,不符合Bradshaw假设;常数n=10的Reboud修正模型与实验结果趋势足够接近,能够预测出较为准确的雷诺剪切应力和湍流黏度水平,因而可以正确模拟空化形态随时间演变的整体特性.