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核用屏蔽泵冷却循环系统的流体动力特性研究
| 论文题名： | 核用屏蔽泵冷却循环系统的流体动力特性研究 |
| 关键词： | 核动力舰艇;屏蔽式核主泵;冷却循环系统;水摩擦损耗;流体动力 |
| 摘要： | 屏蔽式核主泵被广泛用于舰艇等小型核动力装置和部分第三代先进核电站反应堆。小型核动力装置用屏蔽式核主泵冷却循环系统中的屏蔽套、双向蛇形冷却循环管和辅叶轮等部件在运行过程中带来大量水力损耗，同时采用辅叶轮为冷却循环系统提供流体动力，不仅对机组的起动性能有极大影响，而且使冷却循环系统的流动和热平衡问题更为复杂。在保证冷却润滑性能要求前提下，如何有效减小冷却循环系统内部损耗，实现机组的稳定起动，及保证高效安全运行是亟待解决的难题。因此如何根据小型核动力装置用屏蔽式核主泵的结构特点和特殊运行工况要求，准确掌握和控制其冷却循环系统的流体动力特性是研制过程中非常关键的技术之一。 本课题以某舰艇用核动力装置屏蔽泵的冷却循环系统为研究对象，探索能准确计算内部水摩擦损耗的方法，分析内部水摩擦损耗的组成及影响因素，掌握系统内部水摩擦损耗分布规律，研究冷却循环系统内部结构对机组性能的影响，为冷却循环系统设计优化提供指导。主要研究内容和所得结论如下。 (1)根据核用屏蔽泵冷却循环系统主要部件的结构设计特点，对屏蔽套间隙、辅叶轮和冷却循环管进行初步设计，并基于数值模拟方法，计算10～3000r/min转速工况下冷却循环系统的流场特性，详细分析内部水摩擦损耗来源及产生原因，确定辅叶轮和屏蔽套是影响冷却循环系统性能的关键因素；同时根据数值传热方法验证了冷却循环系统因大量损耗产生的热平衡问题，表明双向蛇形冷却循环管是满足冷却循环系统的散热需求的。 (2)根据水摩擦损耗的数值计算结果，基于牛顿内摩擦定律和平板湍流边界层理论，对转子屏蔽套在层流工况和湍流工况的水摩擦损耗进行近似计算。结果表明，通过理论计算的转子屏蔽套水摩擦损耗与数值计算的结果非常接近，可用于类似泰勒库埃特流动的水摩擦损耗近似计算，为冷却循环系统的初步设计提供参考。 (3)针对影响系统冷却循环系统性能的辅叶轮和屏蔽套，通过改变屏蔽套间隙和辅叶轮的几何参数，采用基于计算流体动力学的性能预测方法对屏蔽套间隙流道和辅叶轮的流体动力特性进行研究分析。结果表明，增大屏蔽套间隙能降低水摩擦损耗；并且适当改变辅叶轮的几何参数(减小辅叶轮孔出口安放角和增加辅叶轮孔数)可以提升冷却循环系统的性能。 |
| 作者： | 左凌宇 |
| 专业： | 动力工程 |
| 导师： | 赖喜德;廖功磊 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西华大学 |
| 学位年度： | 2020 |
| 正文语种： | 中文 |
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