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1、余熱排出泵流場(chǎng)數(shù)值模擬和空化分析NumericalSimulationandCavitationAnalysisoftheFlowinResidualHeatRemovalPumps專業(yè)名稱姓2014年6月獨(dú)創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的內(nèi)容以外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果，也不包含為獲得江蘇大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意
2、識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。學(xué)位論文作者簽名：老揮yi諺年6只／Z,Et學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書江蘇大學(xué)、中國(guó)科學(xué)技術(shù)信息研究所、國(guó)家圖書館、中國(guó)學(xué)術(shù)期刊(光盤版)電子雜志社有權(quán)保留本人所送交學(xué)位論文的復(fù)印件和電子文檔，可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存論文。本人電子文檔的內(nèi)容和紙質(zhì)論文的內(nèi)容相一致，允許論文被查閱和借閱，同時(shí)授權(quán)中國(guó)科學(xué)技術(shù)信息研究所將本論文編入《中國(guó)學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫》并向社會(huì)提供查詢，授權(quán)中國(guó)學(xué)術(shù)期刊(光盤版)電子雜志社將本論文編入《中國(guó)優(yōu)秀博碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫》并向社會(huì)提供查詢。論文的公
3、布(包括刊登)授權(quán)江蘇大學(xué)研究生處辦理。本學(xué)位論文屬于不保密口。?姍虢澎絳礦I髟年／月／2／日?燧名：象召’勱，妒年石月，乙日江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要本文的研究工作在國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目“百萬千瓦級(jí)核電離心泵關(guān)鍵技術(shù)研究”(編號(hào)：201lBAFl4804)、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“水力機(jī)械的空化特性及對(duì)策”編號(hào)：51239005)和“離心泵進(jìn)口流場(chǎng)畸變誘導(dǎo)低頻頻率特性的研究”(編號(hào)：51349004)的資助下展開。先進(jìn)的壓水堆核電廠建設(shè)是我國(guó)應(yīng)對(duì)氣候變暖和能源問題所采取的重要戰(zhàn)略決策之一，確保核電廠的安全也是核電技術(shù)推廣
4、的首要任務(wù)。余熱排出泵是余熱排出系統(tǒng)的重要組成部分，是關(guān)鍵的核動(dòng)力設(shè)備之一。隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，目前我國(guó)在部分核三級(jí)泵產(chǎn)品上實(shí)現(xiàn)了自主生產(chǎn)制造，但在關(guān)鍵的核一級(jí)和核二級(jí)泵產(chǎn)品部分仍依賴進(jìn)口。因此，開發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)百萬千瓦級(jí)核電站關(guān)鍵核級(jí)離心泵對(duì)我國(guó)核工業(yè)的發(fā)展具有重要意義。空化，這一世紀(jì)難題，長(zhǎng)期制約著水力機(jī)械行業(yè)的發(fā)展，不但影響了其穩(wěn)定運(yùn)行和可靠性，還限制了水力機(jī)械的高效運(yùn)行范圍和小型化的實(shí)現(xiàn)。為了獲取余熱排出泵葉輪內(nèi)空化流動(dòng)特性，本文首先采用理論分析、數(shù)值模擬和性能試驗(yàn)相結(jié)合的方法對(duì)常溫常壓下余熱排出泵水力
5、樣機(jī)內(nèi)部的空化流動(dòng)特性進(jìn)行了研究，然后對(duì)工程樣機(jī)在核島內(nèi)正常運(yùn)行條件及小破口失水事故工況下的空化性能進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，從而分析在高溫高壓條件下余熱排出泵葉輪內(nèi)流動(dòng)規(guī)律、空化問題及空化對(duì)其性能的影響。本文的主要工作和成果如下：1．簡(jiǎn)要介紹余熱排出泵特征、小破口失水事故、核電泵空化流動(dòng)及其國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，掌握其運(yùn)行原理及工作條件，其運(yùn)行環(huán)境壓力為2．8MPa，環(huán)境溫度為180℃。2．構(gòu)建余熱排出泵水力樣機(jī)的數(shù)值模型，對(duì)其在常溫常壓下進(jìn)行單相流多工況數(shù)值計(jì)算，分析其內(nèi)部靜壓場(chǎng)、速度場(chǎng)及湍動(dòng)能分布并預(yù)測(cè)其性能。數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明：小
6、流量和設(shè)計(jì)流量下，葉輪流道內(nèi)及導(dǎo)葉進(jìn)口處出現(xiàn)了流動(dòng)分離，并伴隨有旋渦；大流量工況下，葉輪內(nèi)流動(dòng)變得均勻，導(dǎo)葉進(jìn)ISl處流動(dòng)得到改善，導(dǎo)葉出口處旋渦繼續(xù)存在。3．對(duì)其水力樣機(jī)進(jìn)行外特性試驗(yàn)，驗(yàn)證單相流數(shù)值計(jì)算的準(zhǔn)確性。預(yù)測(cè)的性能曲線與試驗(yàn)性能曲線基本吻合，設(shè)計(jì)點(diǎn)處揚(yáng)程相對(duì)誤差為1．3％，流量范圍內(nèi)揚(yáng)程的相對(duì)誤差在5％以內(nèi)。表明余熱排出泵水力樣機(jī)單相流數(shù)值計(jì)算具有較高的可T余熱排出泵流場(chǎng)數(shù)值模擬和空化分析信度，可以將單相流定常的計(jì)算結(jié)果作為定常空化計(jì)算的初始值。4．在水力樣機(jī)單相數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上，通過加載空化模型對(duì)其內(nèi)部空
7、化流動(dòng)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。揭示了各個(gè)流量下水力樣機(jī)發(fā)生空化時(shí)的內(nèi)部流場(chǎng)特征，分析了不同工況下余熱排出泵水力樣機(jī)的空化性能，主要結(jié)論有：(1)小流量工況下，隨著裝置空化余量逐漸降低，葉輪流道內(nèi)靜壓和空泡分布逐漸變得不均勻；從空化性能曲線來看，揚(yáng)程先緩慢下降，到某一臨界值處發(fā)生突降。(2)設(shè)計(jì)流量工況下，隨著裝置空化余量的降低，個(gè)別流道內(nèi)的空穴長(zhǎng)度存在先增大后減小再增大的變化規(guī)律。在空化發(fā)展階段，葉輪流道內(nèi)靜壓和空泡分布呈均勻?qū)ΨQ分布；揚(yáng)程變化規(guī)律與小流量工況下一致。(3)大流量工況下，空化由初生到發(fā)展過程中，各葉片流道靜壓和空
8、泡呈不均勻分布，在空化嚴(yán)重階段，葉輪流道內(nèi)空泡分布變得均勻；揚(yáng)程在突降前基本維持一定值。5．基于水力樣機(jī)空化數(shù)值計(jì)算時(shí)所采用的空化模型和湍流模型，首先對(duì)其工程樣機(jī)在實(shí)際正常運(yùn)行工況時(shí)的空化流動(dòng)進(jìn)行數(shù)值模擬，然后假定環(huán)境溫度不變，通過減小進(jìn)口壓力值，對(duì)小破口失水事故工況下余熱排出泵的空化流動(dòng)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明：在正常實(shí)際
