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轴流铅铋泵流场分析及优化

张双雷 李良星 宋立明

张双雷, 李良星, 宋立明. 轴流铅铋泵流场分析及优化[J]. 核动力工程, 2022, 43(3): 158-164. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.03.0158
引用本文: 张双雷, 李良星, 宋立明. 轴流铅铋泵流场分析及优化[J]. 核动力工程, 2022, 43(3): 158-164. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.03.0158
Zhang Shuanglei, Li Liangxing, Song Liming. Analysis and Optimization of Flow Field in an Axial Flow Lead-Bismuth Pump[J]. Nuclear Power Engineering, 2022, 43(3): 158-164. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.03.0158
Citation: Zhang Shuanglei, Li Liangxing, Song Liming. Analysis and Optimization of Flow Field in an Axial Flow Lead-Bismuth Pump[J]. Nuclear Power Engineering, 2022, 43(3): 158-164. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.03.0158

轴流铅铋泵流场分析及优化

doi: 10.13832/j.jnpe.2022.03.0158
详细信息
    作者简介:

    张双雷(1996—),男,硕士研究生,现主要从事核主泵设计研究工作,E-mail: 17864303356@163.com

    通讯作者:

    李良星,E-mail: liangxing.li@xjtu.edu.cn

  • 中图分类号: TL433

Analysis and Optimization of Flow Field in an Axial Flow Lead-Bismuth Pump

  • 摘要: 铅铋泵作为铅铋冷却快堆一回路的关键输送设备,其安全运行对铅铋冷却快堆的安全至关重要。液态铅铋合金在泵内流动特性对泵的长期安全运行有重要影响,为了研究轴流铅铋泵泵内流场,通过Workbench/BladeGen软件建立了主泵叶轮模型,在ANSYS CFX软件中数值模拟泵内流场,并根据数值模拟结果改进了导叶片厚度,优化了动叶片翼型出口角,从而改善泵内流场。研究结果表明,铅铋泵叶片型线出口附近角度变化过快会导致叶片压力分布不均匀,产生局部高压的现象,进而可能造成更严重的冲蚀。优化导叶片厚度以及动叶片出口液流角后,泵内流场整体迹线较为平稳,导叶片出口处铅铋合金流速可以维持在1.8 m/s左右。

     

  • 图  1  铅铋泵模型

    Figure  1.  Lead-Bismuth Pump Model

    图  2  铅铋泵混合网格示意图

    Figure  2.  Schematic Diagram of Lead-Bismuth Pump Hybrid Grid    

    图  3  叶片吸力面压力分布图

    Figure  3.  Pressure Distribution Diagram of Vane Suction Surface   

    图  4  铅铋泵动叶片不同叶栅层液流角分布曲线

    Figure  4.  Distribution Curve of Fluid Flow Angle in Different Cascade Layers of Lead-Bismuth Pump Moving Vane

    图  5  不同叶栅层翼型间速度流线图

    Figure  5.  Velocity Streamlines between Airfoils in Different Cascade Layers

    图  6  铅铋泵导叶片厚度分布云图

    Figure  6.  Contour of Thickness Distribution of Lead-Bismuth Pump Guide Vane   

    图  7  铅铋泵内冷却剂流线分布图和出口流面速度分布云图   

    Figure  7.  Streamline Distribution Diagram of Coolant in Lead-Bismuth Pump and Contour of Outlet Flow Surface Velocity Distribution

    图  8  优化后铅铋泵动叶片不同叶栅层液流角分布曲线

    Figure  8.  Distribution Curve of Fluid Flow Angle in Different Cascade Layers of Lead-Bismuth Pump Moving Vane after Optimization

    图  9  优化后泵导叶片厚度分布云图

    Figure  9.  Contour of Thickness Distribution of Pump Guide Vane after Optimization

    图  10  改进后叶片压力分布图

    Figure  10.  Improved Vane Pressure Distribution Diagram

    图  11  优化后不同叶栅层翼型间速度流线图

    Figure  11.  Velocity Streamlines between Airfoils of Different Cascade Layers after Optimization

    图  12  优化后铅铋泵内冷却剂流线分布图和出口流面速度分布云图

    Figure  12.  Streamline Distribution Diagram of Coolant in Lead-Bismuth Pump after Optimization and Contour of Outlet Flow Surface Velocity Distribution

    图  13  叶轮压力分布图

    Figure  13.  Impeller Pressure Distribution Diagram

    图  14  出口流面速度取值点分布

    Figure  14.  Distribution of Velocity Value Points on Outlet Flow Surface

    表  1  铅铋泵的设计参数

    Table  1.   Design Parameters of Lead-Bismuth Pump

    叶栅层层数 β1/rad β2 /rad α3/rad α4/rad u1=u2/(m·s−1) vm1=vm2/(m·s−1) vmax/(m·s−1) lr/m lg/m δp/kPa H/m
    叶栅层1 0.461 0.863 0.712 1.57 4.52 2.25 5.05 0.107 0.162 125 1.2
    叶栅层2 0.381 0.582 0.798 1.57 5.48 2.2 5.91 0.122 0.160 125 1.2
    叶栅层3 0.322 0.435 0.867 1.57 6.45 2.15 6.80 0.137 0.158 125 1.2
    叶栅层4 0.276 0.347 0.925 1.57 7.4 2.10 7.69 0.152 0.157 125 1.2
    叶栅层5 0.241 0.286 0.973 1.57 8.37 2.06 8.62 0.167 0.67 125 1.2
      β1β2—动叶片进口和出口位置的液流角,在叶栅流面上是相对速度和圆周速度间的夹角;α3α4——导叶片的进、出口角,表征叶珊流面绝对速度和圆周速度之间的夹角;u1u2—圆周方向进、出口流速;vm1vm2—动叶片进口和出口的轴向速度;lr—动叶片翼型长度;H—扬程;lg—导叶片叶型长度;δp—叶轮进出口压差
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    表  2  叶轮网格无关性分析

    Table  2.   Independence Analysis of Impeller Grid

    网格数量/万 8 30 60 120
    理论计算结/kPa 125 125 125 125
    CFX模拟计算结果/kPa 115.8 121.4 123.1 123.3
    偏差范围/% 7.36 2.88 1.52 1.36
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-05-13
  • 修回日期:  2021-08-02
  • 刊出日期:  2022-06-07

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