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铅铋介质闭式换向器运行特性与水锤现象研究

范旭凯 朱喻成 彭天骥 田旺盛 唐延泽 范德亮

范旭凯, 朱喻成, 彭天骥, 田旺盛, 唐延泽, 范德亮. 铅铋介质闭式换向器运行特性与水锤现象研究[J]. 核动力工程, 2022, 43(S2): 137-142. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.S2.0137
引用本文: 范旭凯, 朱喻成, 彭天骥, 田旺盛, 唐延泽, 范德亮. 铅铋介质闭式换向器运行特性与水锤现象研究[J]. 核动力工程, 2022, 43(S2): 137-142. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.S2.0137
Fan Xukai, Zhu Yucheng, Peng Tianji, Tian Wangsheng, Tang Yanze, Fan Deliang. Study on Operating Characteristics and Water Hammer Phenomenon of Lead-Bismuth Eutectic Commutator with Enclosed Structure[J]. Nuclear Power Engineering, 2022, 43(S2): 137-142. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.S2.0137
Citation: Fan Xukai, Zhu Yucheng, Peng Tianji, Tian Wangsheng, Tang Yanze, Fan Deliang. Study on Operating Characteristics and Water Hammer Phenomenon of Lead-Bismuth Eutectic Commutator with Enclosed Structure[J]. Nuclear Power Engineering, 2022, 43(S2): 137-142. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.S2.0137

铅铋介质闭式换向器运行特性与水锤现象研究

doi: 10.13832/j.jnpe.2022.S2.0137
基金项目: 广东省基础与应用基础研究基金项目(2021A1515010026);国家重大科技基础设施“加速器驱动嬗变研究装置”项目(2017-000052-75-01-000590);国家自然科学基金资助项目(11705255)
详细信息
    作者简介:

    范旭凯(1992—), 男,助理研究员,现从事铅铋流量计标定装置研究工作; E-mail: fanxk2016@impcas.ac.cn

    通讯作者:

    彭天骥,E-mail: pengtianji@impcas.ac.cn

  • 中图分类号: TL334

Study on Operating Characteristics and Water Hammer Phenomenon of Lead-Bismuth Eutectic Commutator with Enclosed Structure

  • 摘要: 为研究闭式换向器在液态铅铋合金(LBE)介质换向过程中的流量稳定性及其适用性,采用FLUENT软件结合重叠网格方法对三通切换阀形式的闭式换向器换向时上游的压力与速度波动进行计算分析。结果显示,换向过程中,阀芯启动及停止运动时产生水锤,水锤波以介质声速在管道中传播,从而影响管道内压力和速度的分布,水锤波的峰值大小与介质密度、阀芯运动速度成正比,水锤波频率不受阀芯运动速度影响。由于水锤波的波峰值较大,使此类型闭式换向器在LBE下换向动作时上游管道难以维持稳定流量并威胁装置安全,故在LBE流量标定装置中不适用。

     

  • 图  1  铅铋流量标定装置流程示意图

    Figure  1.  Schematic Diagram of LBE Flow Calibration Device Flowchart

    图  2  LBE闭式换向器示意图

    Figure  2.  Schematic Diagram of LBE Commutator with Enclosed Structure

    图  3  几何模型尺寸示意图

    Figure  3.  Schematic Diagram of Geometric Model Dimensions

    图  4  网格划分

    Figure  4.  Meshing

    图  5  流体微元分析示意图

    Figure  5.  Schematic Diagram of Fluid Microelement Analysis

    图  6  阀芯前端面监测点压力波动

    Figure  6.  Pressure Fluctuations at Monitoring Point on Front Face of Valve Spool

    图  7  监测点压力波动

    Figure  7.  Pressure Fluctuation at Monitoring Point

    图  8  阀芯开始与停止运动时监测点压力波动

    Figure  8.  Pressure Fluctuation at Monitoring Point When the Valve Spool Starts and Stops Movement

    图  9  y=0.4 m监测点压力波频谱

    Figure  9.  Pressure Wave Spectrum at y=0.4 m Monitoring Point

    图  10  第一个水锤波峰

    Figure  10.  First Water Hammer Wave Peak

    图  11  阀芯运动速度为1.8 m/s时入口速度波动

    Figure  11.  Fluctuation of Inlet Velocity at a Valve Spool Movement Speed of 1.8 m/s

    图  12  水与铅铋介质下4个监测点在阀芯启动与停止时间附近的压力峰值对比

    Figure  12.  Comparison of Pressure Peaks near Valve Spool Starts and Stops Times for 4 Monitoring Points in Water and LBE Medium

    表  1  不同阀芯运动速度2个压力峰值

    Table  1.   Two Pressure Peaks with Different Spool Movement Speeds

    阀芯运动
    速度/( m·s−1)
    阀门启动时刻
    压力峰值/MPa
    阀门停止时刻
    压力峰值/MPa
    0.98.859.44
    1.817.4318.84
    3.634.4430.38
    18168.63245.45
    下载: 导出CSV

    表  2  水与LBE流动物性参数

    Table  2.   Flow Parameters of Water and LBE

    介质密度/
    (kg·m−3)
    动力粘度/
    (Pa·s)
    体积模
    量/Pa
    声速/
    ( m·s−1)
    998.20.0010$ 2.2\times {10}^{9} $1484
    LBE10264.00.0016$ 3.1\times {10}^{10} $1729
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-07-20
  • 修回日期:  2022-09-01
  • 刊出日期:  2022-12-31

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