非均匀入流对CAP1400核主泵内流及性能的影响研究

针对CAP1400反应堆冷却剂系统中,由于蒸发器下腔室和核主泵直接相连导致核主泵入口产生非均匀入流,从而影响核主泵内部流场的问题,通过基于剪切应力运输模型的全三维CFD模拟方法,对蒸发器下腔室和核主泵联合模型进行数值模拟,分析了蒸发器下腔室致非均匀流动的形成机理,研究了非均匀入流对核主泵内部流动和水力性能的影响。结果表明:下腔室非对称结构和突缩截面的流动分离是非均匀流动的主要成因。在额定工况下,非均匀入流导致左侧和右侧核主泵扬程分别下降6.0%、5.1%,效率分别下降7.2%、6.6%;在0.5~1.2倍额定流量工况范围内,性能下降幅度与流量呈正相关。非均匀入流呈现轴向速度分布不均匀并伴随二次流动的稳定结构,并且左右两侧叶轮内非均匀入流的旋流畸变特性和轴向速度分布不同。叶轮入口旋流畸变引起入口冲角发生变化,与均匀入流相比,左右两侧叶轮叶高中部的冲角变化相反,而叶顶部分冲角均增加、叶根部分冲角均减小;叶轮入口轴向速度不均匀引起左右两侧叶轮各流道的流量波动分别增大3倍和2倍,降低了核主泵的运行稳定性。

复杂地形风电场非均匀入流条件研究

针对风电场入流条件受复杂地形影响非均匀分布的问题,提出了一种由风力机功率反推非均匀入流条件的方法。以均匀入流条件下复杂地形风场计算为基础,使用致动盘模型模拟风电场尾流效应,获得轮毂入流风速与致动盘平均风速的映射关系,再以致动盘平均风速为中间量,推导功率与轮毂入流风速的对应关系,最终反推非均匀入流条件。通过与CFD计算出的非均匀入流条件对比,误差在20%以内,验证了非均匀入流条件反推法的可行性,可为复杂地形风电场微观选址优化和功率预测提供理论依据。

非均匀入流中螺旋桨噪声数值预报

将黏性多相流理论的数值方法和球形空泡辐射噪声理论相结合,进行了非均匀入流条件下螺旋桨片空化的周期形态模拟以及螺旋桨空化单极子声源辐射噪声数值预报。采用流场数值模拟方法和声场边界元数值声学方法耦合的方法,在频域上预报非均匀入流下空化和非空化条件下螺旋桨负载噪声;通过数值预报负载噪声得到非空化条件下螺旋桨噪声,将片空化单极子声源辐射噪声和空化的负载噪声在频域上进行相加得到空化条件下的螺旋桨噪声。采用某民船桨模验证了非均匀入流下螺旋桨片空化周期形态以及空化单极子声源辐射噪声预报的准确性,然后分析了民船桨在空化和非空化条件下螺旋桨噪声的叶频和二倍叶频特征。结果表明,上述方法能有效地预报螺旋桨空化和非空化噪声的叶频特征。

径向叶片扩压器与展向非均匀入流角的匹配性研究

采用数值计算的方法研究了入流角展向非均匀对直叶片径向扩压器的影响以及扭叶片扩压器对该条件的适配能力。结果表明,入流攻角的不同会造成直叶片扩压器前缘附近气流转折角的不同;入流攻角展向的差异使得直叶片扩压器内的静压分布也产生了展向的差异。所设计的扭叶片扩压器可以更好地适配入流角展向非均匀的条件。

入口非均匀流对轴流泵性能和压力脉动的影响

为研究入流条件对轴流泵的影响,建立了2种不同类型的非均匀速度入口分布,分别与均匀入流进行比较,得到非均匀入口边界条件对轴流泵影响的数值计算结果.将均匀入流下的数值模拟结果与试验值进行对比,验证了数值模型的可信性.在0.7Q^1.2Q工况范围内,对轴流泵的扬程、效率和径向力等曲线进行了对比分析,得出受入口速度非均匀性影响、轴流泵性能和径向载荷的变化结果.最后,在定常模拟的基础上,对设计工况下叶轮入口、叶轮出口和导叶出口处的压力脉动进行了监测,得到了2种非均匀入流条件对轴流泵3个典型位置处压力脉动的影响情况.结果表明,通过控制进口入流情况,可以使文中所研究的轴流泵的水动力性能好于轴向均匀入流时的水动力性能.

入口非均匀流对核主泵性能影响研究

CAP1400反应堆冷却剂系统中蒸汽发生器下封头和核主泵直接连接,使蒸汽发生器下封头出口接管的流场变得不均匀.为探究非均匀入流条件对核主泵性能的影响,对核主泵叶轮和蒸汽发生器下封头进行联合简化建模,采用CFD方法数值计算泵的能量、水动力以及空化性能,并与均匀入流下的仿真结果进行比较.计算结果表明:在0.7Q_0~1.2Q_0工况范围内,进口的不均匀流动导致泵的扬程下降1.8%~5.1%,叶轮扭矩下降1.9%~6.4%,而效率没有发生明显的变化;非均匀入流下扬程的降低使叶轮所受轴向力有所减小,但径向力显著增大.空化发生时,泵的临界空化余量增大,抗空化性能降低,空化区域出现明显的不对称.

反应堆一回路对核主泵叶轮入流特性的影响

为了研究反应堆一回路对核主泵(RCP)叶轮入流特性的影响,将蒸汽发生器(SG)、入口弯管、冷热段管道、核反应堆及RCP进行联合简化建模.基于CFD方法对其一回路进行流场计算分析,对比分析均匀入流条件下RCP数值计算结果与试验结果,可以发现,由数值模拟得到的扬程和效率误差均在5%以内,验证了数值计算方法的正确性.在反应堆一回路中采用多孔介质模型,通过泵特性曲线与管路特性曲线的动态匹配,使得闭式系统RCP流量与额定工况值相差0.998%,扬程相差3.76%,二者误差较小,从而实现了管路阻力的动静态调节.研究结果表明:入口弯管内流动的周向对称性被破坏,其压力和速度分布呈现不均匀分布,受弯管曲率的影响,在离心力作用下产生二次流动;与均匀入流工况相比,非均匀入流工况下RCP入口处形成了一对回旋方向相反的旋涡,速度和压力的对称分布特性被破坏,且沿周向和径向的轴向速度变化均大于平均速度的80%.因此,本研究建立的数值预测方法可以为研究反应堆一回路对RCP叶轮入流特性的影响提供理论依据.

蒸汽发生器出口管参数对核泵入口流场的影响

为研究蒸汽发生器出口管参数对核主泵入口流场的影响,将蒸汽发生器下封头与核主泵统一建模,采用CFD方法对其耦合模型进行全三维流场仿真计算.结果表明:蒸汽发生器出口管长对核主泵入口流场有较大的影响,且该影响在入口管较短时尤为明显,随着蒸汽发生器管长的增加,这种影响逐渐减小,核主泵入口流场趋于稳定;蒸汽发生器出口管的位置对核主泵入口流场紊乱度的影响相对较小,且不同位置管内流场发展趋势相近,但是会对流场的高速区以及低速区产生的位置造成影响;蒸汽发生器出口管中的流场极为紊乱,并在开始部分存在较大的回流区;随着流场的发展,在离蒸汽发生器出口350 mm附近回流区消失,之后流场逐渐趋于稳定,但是流场的偏心现象不会消失.

垂直气流对直升机空中共振的影响研究

采用入流模型描述了非均匀定常垂直气流在旋翼上的分布,用改进的非线性VK S模型计算粘弹减摆器的复模量;分析了直升机从悬停到小速度前飞时,定常垂直气流的非均匀分布对直升机平衡操纵以及对系统摆振后退型模态阻尼的影响。分析结果表明:非均匀垂直气流对平衡时的周期变距操纵有较大影响;对减摆器具有非线性特性的直升机来说,非均匀垂直气流对其摆振后退型模态阻尼有显著影响,而减摆器具有线性特性时,则影响很小。

蒸汽发生器换热管流量分配及其对核主泵入口流场的影响

为研究蒸汽发生器(SG)换热管流量分配及其对反应堆冷却剂泵(RCP)入口流场的影响,进行了蒸汽发生器的缩尺模型冷态实验,并以实验获得的数据为SG下封头的入流条件,对SG下封头进行数值建模,并采用计算流体力学(CFD)方法对其进行了三维流场计算。结果表明:SG换热管存在较严重的流量分配不均,SG入口管会对其所正对部分的换热管的流量分配产生较大影响,使该部分流量增大,即形成高速区,而高速区周围会形成相对的低速区甚至回流区;在小流量时,换热管的沿程损失将对换热管的流量分配起主导作用;SG换热管内的不均匀流量分配会使SG出口管处的轴向速度更加紊乱,即在核主泵入口产生更加严重的入流畸变。