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仿生导叶对CAP1400主泵性能影响研究

刘昊然 鲁业明 王晓放 李家玲 张志刚

刘昊然, 鲁业明, 王晓放, 李家玲, 张志刚. 仿生导叶对CAP1400主泵性能影响研究[J]. 核动力工程, 2023, 44(2): 77-83. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.02.0077
引用本文: 刘昊然, 鲁业明, 王晓放, 李家玲, 张志刚. 仿生导叶对CAP1400主泵性能影响研究[J]. 核动力工程, 2023, 44(2): 77-83. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.02.0077
Liu Haoran, Lu Yeming, Wang Xiaofang, Li Jialing, Zhang Zhigang. Study on the Influence of Bionic Guide Vane on the Performance of CAP1400 Main Pump[J]. Nuclear Power Engineering, 2023, 44(2): 77-83. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.02.0077
Citation: Liu Haoran, Lu Yeming, Wang Xiaofang, Li Jialing, Zhang Zhigang. Study on the Influence of Bionic Guide Vane on the Performance of CAP1400 Main Pump[J]. Nuclear Power Engineering, 2023, 44(2): 77-83. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.02.0077

仿生导叶对CAP1400主泵性能影响研究

doi: 10.13832/j.jnpe.2023.02.0077
基金项目: 国家自然科学基金(52005073);中国博士后科学基金(2021T140084,2021M690510);教育部重点实验室基金(LTDL 2021-001)
详细信息
    作者简介:

    刘昊然(1991—),男,博士研究生,现主要从事核主泵提性及声学研究,E-mail: haoran_liu@mail.dlut.edu.cn

    通讯作者:

    王晓放,E-mail: dlwxf@dlut.edu.cn

  • 中图分类号: TL353

Study on the Influence of Bionic Guide Vane on the Performance of CAP1400 Main Pump

  • 摘要: 为探究仿生导叶对主泵整体性能的影响,本文以CAP1400主泵的缩尺模型(1: 2.5)为研究对象,提出了一种新型导叶叶片仿生设计结构,并通过优化设计平台得到了优化模型(仿生导叶最优解)。采用数值方法得到了主泵全三维模型的水力性能和安全性能,并通过对比分析原模型与优化模型之间性能差异,得到结论:在设计工况下,优化模型使主泵的扬程和效率分别提高了1.7%和1.9%;优化模型具有降低内流场噪声和改善导叶叶片表面应力分布的作用;优化模型对主泵空化性能影响不大。本研究结果可为后续主泵进行水力设计和声学预测提供参考。

     

  • 图  1  主泵模型

    Figure  1.  Main Pump Model

    图  2  主泵导叶叶片参数化仿生结构

    Figure  2.  Parametric Bionic Structure of Main Pump Guide Vane

    图  3  导叶仿生结构优化设计平台

    Figure  3.  Optimization Design Platform for Bionic Structure of Guide Vane

    图  4  原模型和优化模型

    Figure  4.  Original Model and Optimized Model

    图  5  主泵各计算域网格划分

    Figure  5.  Computational Domain Meshing of Main Pump

    图  6  流场数值方法准确性验证

    Figure  6.  Accuracy Verification of Flow Field Numerical Method     

    图  7  声学数值方法准确性验证

    Figure  7.  Accuracy Verification of Acoustic Numerical Method      

    图  8  外特性结果

    Figure  8.  External Characteristic Results

    图  9  流线图和湍动能云图

    Figure  9.  Streamline Diagram and Turbulent Kinetic Energy Nephogram

    图  10  主泵出口声压级频谱图

    Figure  10.  Sound Pressure Level Spectrum at the Outlet of Main Pump

    图  11  原模型与优化模型声压级频谱图

    Figure  11.  Sound Pressure Level Spectrums of Original Model and Optimized Model

    图  12  原模型与优化模型空间声压级对比图

    Figure  12.  Spatial Sound Pressure Level Comparison between Original Model and Optimized Model

    图  13  原模型与优化模型叶片表面应力分布图

    Figure  13.  Stress Distribution on Vane Surface of Original Model and Optimized Model

    图  14  原模型与优化模型N-H曲线图

    Figure  14.  N-H Curves of Original Model and Optimized Model      

    图  15  原模型与优化模型叶轮吸力面蒸气分布图

    Figure  15.  Vapor Distribution on Impeller Suction Surface of Original Model and Optimized Model

    表  1  网格无关性验证

    Table  1.   Mesh independence Verification

    方案总网格数Hd/mηd/%
    方案一400万17.8182.49
    方案二500万18.0484.14
    方案三600万18.0684.17
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-04-28
  • 修回日期:  2022-06-18
  • 刊出日期:  2023-04-15

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