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核主泵卡轴事故瞬变过程的水动力特性研究

黎义斌 瞿泽晖 郭艳磊 李冬浩 杨从新 潘军 王秀勇

黎义斌, 瞿泽晖, 郭艳磊, 李冬浩, 杨从新, 潘军, 王秀勇. 核主泵卡轴事故瞬变过程的水动力特性研究[J]. 核动力工程, 2023, 44(2): 177-184. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.02.0177
引用本文: 黎义斌, 瞿泽晖, 郭艳磊, 李冬浩, 杨从新, 潘军, 王秀勇. 核主泵卡轴事故瞬变过程的水动力特性研究[J]. 核动力工程, 2023, 44(2): 177-184. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.02.0177
Li Yibin, Qu Zehui, Guo Yanlei, Li Donghao, Yang Congxin, Pan Jun, Wang Xiuyong. Study on Hydrodynamic Characteristics of Transient Process of Reactor Coolant Pump Shaft Stuck Accident[J]. Nuclear Power Engineering, 2023, 44(2): 177-184. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.02.0177
Citation: Li Yibin, Qu Zehui, Guo Yanlei, Li Donghao, Yang Congxin, Pan Jun, Wang Xiuyong. Study on Hydrodynamic Characteristics of Transient Process of Reactor Coolant Pump Shaft Stuck Accident[J]. Nuclear Power Engineering, 2023, 44(2): 177-184. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.02.0177

核主泵卡轴事故瞬变过程的水动力特性研究

doi: 10.13832/j.jnpe.2023.02.0177
基金项目: 国家自然科学基金(51866009);国防基础科研计划(JCKY2019427D001)
详细信息
    作者简介:

    黎义斌(1977—),男,教授,博士生导师,主要从事核主泵内部流动及其激励机制研究,E-mail: liyibin58@163.com

  • 中图分类号: TL334

Study on Hydrodynamic Characteristics of Transient Process of Reactor Coolant Pump Shaft Stuck Accident

  • 摘要: 为探究核主泵卡轴事故瞬变过程的水动力特性,通过动态匹配核主泵水力特性与系统管路阻力特性,建立了反应堆一回路系统的全三维简化模型。借助计算流体动力学(CFD)方法对核主泵卡轴事故工况进行了瞬态数值模拟,得到不同卡轴工况下核主泵外特性、内部压力场、叶轮叶片载荷与受力特性的瞬时变化。研究表明:卡轴时间越短,核主泵相应特性参数的瞬时变化越剧烈,事故造成影响越严重。以叶轮转速刚降为0 r/min时为节点,在卡轴时间为0.1、0.3、0.5 s三种卡轴工况下,流量分别降低到正常运行时的82.3%、61.4%、49.6%;核主泵扬程达到反向极值,分别为正常运行时的−137.7%、−87.4%、−56.9%;叶轮叶片两侧压力差值达到最大,分别为1.34、0.73、0.47 MPa,且在叶轮叶片工作面一侧和导叶流道中间部分形成相对集中的低压区;叶轮所受轴向力达到反向极值,分别为正常运行时的−159.3%、−96.5%、−65.5%。本数值预测方法对反应堆水动力系统的动态安全性评估提供了一定的数据支撑。

     

  • 图  1  核主泵流体域三维模型

    Figure  1.  3D Model of Fluid Domain of Reactor Coolant Pump

    图  2  反应堆一回路系统简化示意图

    Figure  2.  Simplified Schematic Diagram of Reactor Primary Circuit System

    图  3  网格无关性验证

    Figure  3.  Grid Independence Verification

    图  4  核主泵流体域网格

    Figure  4.  Reactor Coolant Pump Fluid Domain Grid

    图  5  闭式试验系统示意图

    Figure  5.  Diagram of Closed Test System

    图  6  数值方法验证

    Figure  6.  Numerical Method Verification

    图  7  不同卡轴工况下系统流量与转速的变化

    Figure  7.  Variation of System Flow and Speed under Different Shaft Stuck Conditions

    图  8  不同卡轴工况下核主泵扬程与转速的变化

    Figure  8.  Variation of Reactor Coolant Pump Head and Speed under Different Shaft Stuck Conditions

    图  9  叶轮及导叶中间流线切面压力云图

    Figure  9.  Pressure Nephogram in Middle Streamline Section of Impeller and Guide Vane

    图  10  叶轮叶片中间流线切面压力分布

    Figure  10.  Pressure Distribution in Middle Streamline Section of Impeller Blade

    图  11  不同卡轴工况下叶轮径向力变化

    Figure  11.  Variation of Impeller Radial Force under Different Shaft Stuck Conditions

    图  12  不同卡轴工况下叶轮轴向力的变化

    Figure  12.  Variation of Impeller Axial Force under Different Shaft Stuck Conditions

    表  1  核主泵额定参数

    Table  1.   Rated Parameters of Reactor Coolant Pump

    参数名参数值
    额定流量/(m3·h−1)24680
    设计扬程/m102.8
    额定转速/(r·min−1)1485
    参考压力/MPa15.5
    叶轮叶片数4
    导叶叶片数11
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  • [1] 邓华,王秋颖,伍鹏,等. 核电站一回路主系统三维仿真模型的研究与应用[J]. 工业控制计算机,2016, 29(1): 77-79. doi: 10.3969/j.issn.1001-182X.2016.01.034
    [2] 龙云,袁寿其,朱荣生,等. 核主泵内部流动研究现状与技术发展综述[J]. 排灌机械工程学报,2020, 38(11): 1081-1097.
    [3] 刘永. 小破口卡轴事故工况下AP1000核主泵水动力特性分析[D]. 镇江: 江苏大学, 2017.
    [4] 钟伟源. 卡轴事故工况下核主泵流固耦合瞬变特性研究[D]. 镇江: 江苏大学, 2018.
    [5] LI D H, LI Y B, ZHANG F, et al. Study on hydraulic characteristics of reactor coolant pump shutdown transition process based on primary circuit closed system[J]. Frontiers in Energy Research, 2022, 9: 808393. doi: 10.3389/fenrg.2021.808393
    [6] TANG J X, LU D G, LIANG J T, et al. Numerical simulation on asymmetrical three-dimensional thermal and hydraulic characteristics of the primary sodium pool under the pump stuck accident in CEFR[J]. Nuclear Science and Engineering, 2021, 195(5): 478-495. doi: 10.1080/00295639.2020.1834314
    [7] WANG X L, LU Y G, ZHU R S, et al. Study on the transient evolution law of internal flow field and dynamic stress of reactor coolant pump under rotor seizure accident[J]. Annals of Nuclear Energy, 2019, 133: 35-45. doi: 10.1016/j.anucene.2019.05.001
    [8] AZZOUNE M, BOUMEDIEN A, LABABSA D, et al. Analysis of a loss-of-flow accident resulting from the primary pump shaft break transient of the NUR research reactor[J]. Journal of Nuclear Science and Technology, 2019, 56(1): 130-145. doi: 10.1080/00223131.2018.1532845
    [9] 苏宋洲,王鹏飞,许忠斌,等. 核主泵启动过程压力脉动和径向力研究[J]. 核动力工程,2017, 38(3): 110-114. doi: 10.13832/j.jnpe.2017.03.0110
    [10] 王秀礼,袁寿其,朱荣生,等. 核主泵停机过渡过程瞬态水动力特性研究[J]. 原子能科学技术,2013, 47(3): 364-370. doi: 10.7538/yzk.2013.47.03.0364
    [11] 付强,袁寿其,朱荣生,等. 失水事故工况下核主泵气液两相瞬态流动特性[J]. 华中科技大学学报:自然科学版,2013, 41(9): 112-116.
    [12] GAO H, GAO F, ZHAO X C, et al. Analysis of reactor coolant pump transient performance in primary coolant system during start-up period[J]. Annals of Nuclear Energy, 2013, 54: 202-208. doi: 10.1016/j.anucene.2012.11.020
    [13] YE D X, LAI X D, LUO Y M, et al. Diagnostics of nuclear reactor coolant pump in transition process on performance and vortex dynamics under station blackout accident[J]. Nuclear Engineering and Technology, 2020, 52(10): 2183-2195. doi: 10.1016/j.net.2020.03.015
    [14] 辛素芳,李松蔚,任春明,等. 蒸汽发生器U型管CFD简化方法研究[J]. 核动力工程,2018, 39(S1): 41-44. doi: 10.13832/j.jnpe.2018.S1.0041
    [15] 何戈宁,张富源,李冬慧,等. 华龙一号ZH-65型蒸汽发生器设计研发与性能验证[J]. 压力容器,2021, 38(4): 48-52. doi: 10.3969/j.issn.1001-4837.2021.04.007
    [16] 汪建,杨帅,吴大转,等. 基于三维CFD方法的管路瞬变流特性研究[J]. 流体机械,2019, 47(4): 6-13. doi: 10.3969/j.issn.1005-0329.2019.04.002
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-05-26
  • 修回日期:  2022-10-21
  • 刊出日期:  2023-04-15

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