泵系统瞬态过程的液体弹性效应研究

The study of the transient characteristics of the pumping system has been a hot topic in the field of fluid machinery, but the nuclear pump system as a special pumping system runs in the extreme service environment, which makes the security analysis of transient process become more critical. The high temperature and high pressure operating environment of nuclear pump system and the transient transition process with transient flow make the influence of liquid elasticity cannot be negligible and need to be studied at the whole system level. In the research project, the numerical model of nuclear reactor coolant pump considering the liquid elasticity will be established, and combines with a multi-dimensional analysis method, which considers both of internal flow and system characteristics, to realize the study of liquid elastic effect at the system level in the transient transition process of nuclear pump system. The obtained results will reveal the dynamic response characteristics under the interaction of the transient flow of the pipeline, such as the transient flow evolutions inside the pump, pump transient performance, blade load fluctuation rules, and so on. This research will support the safety analysis of key equipment in nuclear pump system and the research of system steady control strategy.

泵送系统的瞬态特性研究一直是流体机械领域的研究热点，而核泵系统作为一种特殊泵送系统，长期运行在极端服役环境中，瞬态过程的安全性更为关键。核泵系统的高温高压运行环境以及伴有瞬变流的瞬态过渡过程分析，使得冷却剂的液体弹性效应影响不可忽略，并需要在整个系统层面进行研究。本课题通过建立考虑液体弹性效应的核主泵数值模型，并结合兼顾泵内流与系统动力学特性的多维度分析方法，实现在系统层面上开展核泵系统瞬态过渡过程中的液体弹性效应影响研究，揭示在与管路瞬变流交互作用下的泵内瞬态流动演化规律、瞬态性能及叶片载荷波动规律等动态响应特性。研究结果旨在支撑核泵系统中关键设备的安全性分析及系统稳定控制策略研究。

泵送系统的瞬态特性研究一直是流体机械领域的研究热点，而核泵系统作为一种特殊泵送系统，长期运行在极端服役环境中，瞬态过程的安全性尤为关键。核泵系统的高温高压运行环境以及伴有瞬变流的瞬态过渡过程分析，使得冷却剂的液体弹性效应影响不可忽略，并需要在整个系统层面进行研究。本课题针对核泵系统瞬态特性研究的难点，通过理论研究、实验验证、数值模拟等相结合的方法开展考虑液体压缩效应影响下的核泵及管路系统稳瞬态特性分析、瞬态过渡过程中的泵与管路瞬变流动态交互作用分析、兼顾内流模型与系统特性的多维度耦合分析方法等方面研究工作。此外，开展了管路瞬变流的三维CFD模拟方法研究，通过直管路、分支管路研究 CFD 方法在管路瞬变流的适用性和准确性，并进一步通过试验和模拟相结合探究管路容性结构的存在及其尺寸对于管路瞬变流流动特征的影响。研究课题揭示了管路瞬变流交互作用下的泵内瞬态流动演化规律、瞬态性能及叶片载荷波动规律等动态响应特性。项目执行期间已发表SCI收录论文3篇，发表EI论文1篇，参加国际会议并做专题报告2次，参加国内会议3次，授权发明专利4项。研究结果旨在支撑核泵系统中关键设备的安全性设计与分析以及系统稳定性控制策略的制定。