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LFR轴流式冷却剂主泵水力性能研究

吕天智 杨从新 郭艳磊

吕天智, 杨从新, 郭艳磊. LFR轴流式冷却剂主泵水力性能研究[J]. 核动力工程, 2023, 44(S2): 126-132. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.S2.0126
引用本文: 吕天智, 杨从新, 郭艳磊. LFR轴流式冷却剂主泵水力性能研究[J]. 核动力工程, 2023, 44(S2): 126-132. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.S2.0126
Lyu Tianzhi, Yang Congxin, Guo Yanlei. Research on Hydraulic Performance of LFR Axial-flow Reacter Coolant Pump[J]. Nuclear Power Engineering, 2023, 44(S2): 126-132. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.S2.0126
Citation: Lyu Tianzhi, Yang Congxin, Guo Yanlei. Research on Hydraulic Performance of LFR Axial-flow Reacter Coolant Pump[J]. Nuclear Power Engineering, 2023, 44(S2): 126-132. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.S2.0126

LFR轴流式冷却剂主泵水力性能研究

doi: 10.13832/j.jnpe.2023.S2.0126
详细信息
    作者简介:

    吕天智(1996—),男,博士研究生,现主要从事核主泵设计及反应堆流动模拟研究,E-mail: ltzflow@163.com

  • 中图分类号: TH312

Research on Hydraulic Performance of LFR Axial-flow Reacter Coolant Pump

  • 摘要: 为掌握铅铋介质在轴流式核主泵内的流动特性,通过计算流体力学(CFD)方法采用剪切应力输运(SST k-ω)湍流模型对铅铋介质和水介质进行瞬态数值计算,对比分析2种介质在叶轮和导叶计算域的能量变化及其规律。研究结果表明,工作介质雷诺数的改变对轴流式核主泵水力性能有明显影响,铅铋介质下主泵的扬程和效率均高于水介质。主泵在2种介质下理论扬程基本一致,但铅铋介质比水介质的实际扬程高出3%,表明2种介质差异主要体现在流动损失中;在对2种介质的水力损失形式的研究中发现,主泵在铅铋介质下的由摩擦引起的翼型损失小于水介质,并且铅铋介质的边界层分离点明显滞后。该研究可为LFR主泵水力设计提供一定参考。

     

  • 图  1  轴流泵计算域模型

    Rt—叶轮流道半径

    Figure  1.  Calculation Domain of Axial-flow Pump Model

    图  2  网格模型

    Figure  2.  Mesh Model

    图  3  外特性曲线

    Figure  3.  External Characteristic Curve

    图  4  不同工况下理论扬程及叶轮、导叶水力损失分布

    Figure  4.  Theoretical Head and Hydraulic Loss Distribution of Impeller and Guide Vane Under Different Operating Conditions

    图  5  叶轮出口圆周方向Vu2R*分布曲线

    Figure  5.  Distribution of Vu2 with R* at Impeller Outlet

    图  6  叶轮壁面Cf分布

    A、B—叶轮背面的轮缘前缘位置与轮毂尾缘位置;C、D—铅铋介质下轮毂与轮缘尾缘位置

    Figure  6.  Distribution of Cf on Impeller Wall

    图  7  导叶壁面Cf分布

    E、H—导叶背面前缘位置;F—导叶背面尾缘位置

    Figure  7.  Distribution of Cf on Guide Vane Wall

    图  8  R*=0.05叶轮壁面Cf-z沿流动方向分量

    Figure  8.  Cf-z on Wall of Impeller at R* =0.05

    图  9  R*=0.95导叶壁面Cf-z沿流动方向分量

    Figure  9.  Cf-z on Wall of Guide Vane at R* =0.95

    图  10  叶片不同R*平面的TKE

    Figure  10.  TKE on Differen R* of Impeller

    图  11  导叶不同R*表面的TKE

    Figure  11.  TKE on Different R* of Guide Vane

    图  12  叶轮子午面TKE

    Figure  12.  TKE on Meridional Surface of Impeller

    图  13  导叶子午面TKE

    Figure  13.  TKE on Meridional Surface of Guide Vane

    图  14  R*=0.5叶轮、导叶TKE

    Figure  14.  TKE of Impeller and Guide Vane when R*= 0.5

    表  1  各计算域网格数量

    Table  1.   Number of Mesh for Each Calculation Domain

    计算域 数量/106
    吸入段 0.87
    叶轮 14.98
    导叶 15.98
    支撑段 2.62
    出水段 1.51
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    表  2  铅铋介质与水介质物性参数

    Table  2.   Physical Parameters of LBE Medium and Water Medium     

    介质 温度/℃ 密度/(kg·m−3) 粘度/(Pa·S)
    铅铋 330 10300 0.001625
    20 1000 0.001
    下载: 导出CSV

    表  3  数值计算设置

    Table  3.   Numerical Calculation Settings

    名称 设置
    介质 铅铋/水
    基本假设 不可压缩流体
    求解类型 瞬态计算
    进口边界条件 总压进口
    出口边界条件 质量流量出口
    壁面条件 无滑移壁面
    交界面形式 瞬态转子-定子模型
    时间步长/s 0.000115
    收敛精度 10−5
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-07-11
  • 修回日期:  2023-09-22
  • 刊出日期:  2023-12-30

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