劉安林,葉道星,2,3*,羅逸民,陳俊霖,余波,賴喜德,吳錦琛,翟鳳麗

(1.西華大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院,四川 成都 610039;2.西華大學(xué)流體及動(dòng)力機(jī)械教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,四川 成都 610039;3.西華大學(xué)流體機(jī)械及工程四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,四川 成都 610039)

核主泵作為核電站一回路主要承壓邊界和唯一的高速旋轉(zhuǎn)設(shè)備,被譽(yù)為堆芯中高溫高壓放射性介質(zhì)環(huán)境的“心臟”,因此核主泵的穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)堆芯安全性具有至關(guān)重要的作用[1].由于核主泵壓水室等非常規(guī)設(shè)計(jì),流動(dòng)不穩(wěn)定可導(dǎo)致嚴(yán)重振動(dòng),此外,反向流動(dòng)、葉片后緣渦脫落等非定常流動(dòng)也會(huì)引起強(qiáng)烈的脈動(dòng)[2],其中核主泵在惰轉(zhuǎn)下的壓力脈動(dòng)情況更為復(fù)雜,對(duì)于核主泵在惰轉(zhuǎn)工況下的運(yùn)行影響較大.因此,研究核主泵在惰轉(zhuǎn)下的壓力脈動(dòng)特性,對(duì)核電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要工程價(jià)值.

近年來(lái)國(guó)內(nèi)外對(duì)核主泵壓力脈動(dòng)進(jìn)行了大量研究.賴喜德等[3]、NI等[4]分別對(duì)核主泵在額定工況下的壓力脈動(dòng)進(jìn)行了較為全面的研究,結(jié)果表明,在額定工況下,核主泵高幅值壓力脈動(dòng)主要出現(xiàn)于葉輪吸力面、導(dǎo)葉喉部和環(huán)形壓出室左側(cè)區(qū)域.朱榮生等[5]、LONG等[6]研究了小流量工況下的核主泵壓力脈動(dòng)特性,結(jié)果表明,核主泵在小流量工況下的壓力脈動(dòng)明顯大于額定工況,相比于葉輪其他區(qū)域,葉輪葉片背面進(jìn)口處壓力脈動(dòng)更加復(fù)雜.倪丹等[7]、王鵬等[8]研究了核主泵在大流量工況下的壓力脈動(dòng)特性,結(jié)果表明,在大流量工況下,葉輪葉片出口的尾跡射流導(dǎo)致的壓力脈動(dòng)增強(qiáng),環(huán)形壓出室右側(cè)壓力脈動(dòng)非穩(wěn)態(tài)性較環(huán)形壓出室左側(cè)更強(qiáng).

斷電事故工況下核主泵的惰轉(zhuǎn)過(guò)渡屬于瞬態(tài)流動(dòng)過(guò)程,其內(nèi)部流動(dòng)的瞬態(tài)模擬分析相比穩(wěn)態(tài)過(guò)程數(shù)值模擬分析更為紊亂,使得壓力脈動(dòng)特性變得復(fù)雜.WANG等[9-10]研究了不同惰轉(zhuǎn)條件下核主泵內(nèi)部壓力波動(dòng)響應(yīng)規(guī)律,然而,對(duì)于惰轉(zhuǎn)條件下的壓力脈動(dòng),研究還有待深入.

在傳統(tǒng)的壓力脈動(dòng)研究過(guò)程中,一般使用傅里葉變換進(jìn)行分析.但核主泵惰轉(zhuǎn)過(guò)程中的壓力脈動(dòng)信號(hào)為非平穩(wěn)信號(hào),運(yùn)用傳統(tǒng)的傅里葉變換進(jìn)行分析具有較大的局限性.小波分析能更好地對(duì)壓力脈動(dòng)時(shí)頻特性的細(xì)節(jié)進(jìn)行展示,特別是對(duì)于短時(shí)間內(nèi)發(fā)生的非平穩(wěn)壓力脈動(dòng)的分析具有較好的時(shí)頻分辨率.BRAUN等[11]對(duì)水泵水輪機(jī)從抽水模式快速過(guò)渡到發(fā)電模式期間的壓力脈動(dòng)進(jìn)行了小波分析.LILLY等[12]對(duì)廣義Morse小波進(jìn)行了研究,結(jié)果表明,廣義Morse小波本質(zhì)上包含了所有其他常用的分析小波,為小波在應(yīng)用中的適用性提供了框架.

為了研究惰轉(zhuǎn)工況下核主泵內(nèi)部的流動(dòng)規(guī)律,文中應(yīng)用數(shù)值模擬方法對(duì)核主泵內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行計(jì)算,得到不同惰轉(zhuǎn)流量時(shí)間下葉輪流道中壓力脈動(dòng)的時(shí)頻特性,并對(duì)葉輪壓力脈動(dòng)進(jìn)行小波變換分析,采用第二代渦識(shí)別方法Q準(zhǔn)則對(duì)不同工況下各過(guò)流部件進(jìn)行渦識(shí)別,以期為實(shí)際核主泵安全穩(wěn)定運(yùn)行提供技術(shù)支撐.

1 計(jì)算模型及數(shù)值計(jì)算方法

1.1 計(jì)算模型

根據(jù)某改進(jìn)壓水堆核主泵,采用UG軟件進(jìn)行等比例三維建模.為獲得穩(wěn)定的計(jì)算結(jié)果,對(duì)核主泵進(jìn)出口延長(zhǎng),延長(zhǎng)長(zhǎng)度大于3倍進(jìn)出口直徑.考慮核主泵運(yùn)行環(huán)境苛刻,設(shè)計(jì)其環(huán)形壓水室為類球形.圖1為核主泵計(jì)算流體域三維模型,包括進(jìn)口段、葉輪、導(dǎo)葉、環(huán)形壓水室和出口段.

圖1 核主泵三維模型

核主泵主要設(shè)計(jì)參數(shù)分別為流量Q0=23 790 m3/h,揚(yáng)程H=98 m,轉(zhuǎn)速n=1 485 r/min,運(yùn)行溫度θ=293 ℃,出口壓力pout=16 MPa,葉輪葉片數(shù)7,導(dǎo)葉葉片數(shù)12.全部參數(shù)可參考文獻(xiàn)[13].

1.2 惰轉(zhuǎn)工況下數(shù)值計(jì)算方法

1.2.1 網(wǎng)格劃分及其無(wú)關(guān)性驗(yàn)證

采用ANSYS-ICEM對(duì)整個(gè)計(jì)算流體域進(jìn)行六面體結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分.對(duì)流體域近壁面、葉片進(jìn)出口和環(huán)形壓出室隔舌區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格加密處理.網(wǎng)格密度對(duì)計(jì)算結(jié)果影響較大,需進(jìn)行無(wú)關(guān)性驗(yàn)證.經(jīng)過(guò)數(shù)值計(jì)算與試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比,在網(wǎng)格數(shù)為410萬(wàn)時(shí),網(wǎng)格的增多對(duì)揚(yáng)程和效率的影響變小.綜合考慮計(jì)算效率和計(jì)算機(jī)配置,最終確定計(jì)算網(wǎng)格數(shù)為417萬(wàn).

1.2.2 計(jì)算邊界條件及惰轉(zhuǎn)模型設(shè)置

應(yīng)用ANSYS-CFX商用軟件平臺(tái)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算.總計(jì)算時(shí)長(zhǎng)為220 s,核主泵在90 s時(shí)從正常運(yùn)行工況進(jìn)入惰轉(zhuǎn)工況.利用文獻(xiàn)[13]中的邊界條件和數(shù)學(xué)模型進(jìn)行計(jì)算設(shè)置.在文獻(xiàn)[13]中,半流量(即流量減少到額定流量的1/2)時(shí)間點(diǎn)為105.93 s時(shí),綜合考慮選取時(shí)間在90.00,95.90,105.93,127.73 s時(shí)的4個(gè)工況點(diǎn)(即流量分別為減小到1.00Q0,0.75Q0,0.50Q0,0.25Q0)對(duì)核主泵惰轉(zhuǎn)工況下的壓力脈動(dòng)進(jìn)行分析.為方便描述,引入惰轉(zhuǎn)流量時(shí)間TQi的概念,即惰轉(zhuǎn)過(guò)程中百分比流量減小到某一值所處的時(shí)間,如0.75TQi為核主泵的惰轉(zhuǎn)流量減小到設(shè)計(jì)流量的75%時(shí)所處的時(shí)間即95.90 s,則4個(gè)工況點(diǎn)的惰轉(zhuǎn)流量時(shí)間分別為1.00TQi,0.75TQi,0.50TQi和0.25TQi.

采用RNGk-ε湍流模型.設(shè)置變時(shí)間步長(zhǎng)進(jìn)行計(jì)算,每旋轉(zhuǎn)3°為一個(gè)時(shí)間步長(zhǎng),時(shí)間步長(zhǎng)隨轉(zhuǎn)速減小而增大.利用各工況的初始流量和初始轉(zhuǎn)速作為初始條件進(jìn)行定常計(jì)算,之后采用定常計(jì)算結(jié)果作為初始條件進(jìn)行瞬態(tài)非定常計(jì)算,共計(jì)算5個(gè)周期,取最后1個(gè)周期數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,共120個(gè)時(shí)間步長(zhǎng).

1.3 監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置

為了監(jiān)測(cè)不同工況下各流道的壓力脈動(dòng)情況,沿冷卻劑流動(dòng)方向,在葉輪流道設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)YL1,YL2,YL3,YL4,其中監(jiān)測(cè)點(diǎn)YL1位于葉輪進(jìn)口,監(jiān)測(cè)點(diǎn)YL2位于葉輪葉片流道進(jìn)口,監(jiān)測(cè)點(diǎn)YL3位于葉輪葉片流道中部,監(jiān)測(cè)點(diǎn)YL4位于葉輪出口,如圖2所示.

圖2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置

1.4 數(shù)值計(jì)算方法驗(yàn)證

為驗(yàn)證數(shù)值計(jì)算方法的可靠性,在定常狀態(tài)下對(duì)核主泵進(jìn)行外特性試驗(yàn).圖3給出了不同流量工況下核主泵水力性能的數(shù)值計(jì)算結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果的比較,可以看出:計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果的泵水力性能曲線具有相同的變化規(guī)律;最大揚(yáng)程誤差發(fā)生在0.2Q0處,為5.9%,最大效率誤差發(fā)生在0.6Q0處,為6.2%,均在工程允許誤差內(nèi),這表明文中所采用的數(shù)值計(jì)算方法是可靠的.

圖3 外特性數(shù)值計(jì)算結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

2 數(shù)據(jù)處理

為更好地分析壓力脈動(dòng)情況,引入量綱一的壓力脈動(dòng)系數(shù)Cp[14],即

(1)

式中:Δp為監(jiān)測(cè)靜壓與平均壓力的差值;u2為葉輪出口圓周速度,u2=nπD2/60,D2為葉輪出口直徑.

將后處理得到的瞬時(shí)壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換為壓力脈動(dòng)系數(shù),然后通過(guò)一維連續(xù)小波變換對(duì)轉(zhuǎn)換后的壓力脈動(dòng)信號(hào)進(jìn)行處理,得到壓力脈動(dòng)的時(shí)頻特性.一維連續(xù)小波的變換原理[15]為

(2)

其中小波基函數(shù)ψ通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)小波基函數(shù)平移伸縮得到,其表達(dá)式為

(3)

式中:a為伸縮因子;b為平移因子.

文中選用Morlet小波,小波波次為6.Morlet小波表達(dá)式為

(4)

Q準(zhǔn)則將第二矩陣不變量Q大于0的區(qū)域定義為渦,同時(shí)要求渦區(qū)域的壓強(qiáng)小于周圍流體區(qū)域的壓強(qiáng),其表達(dá)式為

(5)

式中:‖‖F(xiàn)為矩陣的F-范數(shù);A與B分別為速度梯度張量▽v的對(duì)稱部分和反對(duì)稱部分,表征流場(chǎng)中的變形與旋轉(zhuǎn).

由Q準(zhǔn)則的定義可以看出:旋渦結(jié)構(gòu)中不僅存在反對(duì)稱張量B,而且反對(duì)稱張量B能夠克服對(duì)稱張量A的抵消作用;當(dāng)Q>0時(shí),流場(chǎng)中流體的旋轉(zhuǎn)對(duì)于變形而言起主導(dǎo)作用.

由于4個(gè)工況下時(shí)間周期不同,因此,對(duì)時(shí)間周期進(jìn)行量綱一化處理,即t/T,其中T為葉輪旋轉(zhuǎn)一周的時(shí)間步數(shù),t為數(shù)據(jù)所處時(shí)間步位置.

3 計(jì)算結(jié)果分析

3.1 葉輪流道壓力脈動(dòng)分析

圖4為在惰轉(zhuǎn)過(guò)程中葉輪流道監(jiān)測(cè)點(diǎn)YL1,YL2,YL3,YL4各時(shí)間點(diǎn)的壓力脈動(dòng)時(shí)域特性.由圖4可以看出:在惰轉(zhuǎn)初期1.00TQi時(shí),監(jiān)測(cè)點(diǎn)YL3和YL4的壓力脈動(dòng)系數(shù)變化規(guī)律相似,且值相近;監(jiān)測(cè)點(diǎn)YL1的壓力脈動(dòng)系數(shù)波動(dòng)較葉輪流道其他監(jiān)測(cè)點(diǎn)更為劇烈;隨著惰轉(zhuǎn)過(guò)程的進(jìn)行,葉輪流道內(nèi)的壓力脈動(dòng)系數(shù)逐漸減小;監(jiān)測(cè)點(diǎn)YL1處各階段壓力系數(shù)平均變化分別為32.72%,14.90%,21.16%;監(jiān)測(cè)點(diǎn)YL2處各階段壓力系數(shù)平均變化分別為19.59%,44.51%,29.32%;監(jiān)測(cè)點(diǎn)YL3處各階段壓力系數(shù)平均變化分別為42.2%,40.66%,16.96%;監(jiān)測(cè)點(diǎn)YL4處各階段壓力系數(shù)平均變化分別為35.29%,64.52%,13.23%.

圖4 葉輪流道監(jiān)測(cè)點(diǎn)工況點(diǎn)的壓力脈動(dòng)時(shí)域特性

圖5為在惰轉(zhuǎn)過(guò)程中葉輪流道監(jiān)測(cè)點(diǎn)YL1,YL2,YL3,YL4各時(shí)間點(diǎn)的壓力脈動(dòng)小波譜,圖中σ為小波強(qiáng)度,用以反映葉輪不同位置隨惰轉(zhuǎn)過(guò)程的內(nèi)部能量變化.

圖5 葉輪流道監(jiān)測(cè)點(diǎn)的壓力脈動(dòng)連續(xù)小波響應(yīng)

由圖5可以看出:由于葉輪轉(zhuǎn)速隨惰轉(zhuǎn)過(guò)程的發(fā)展而減小,其葉輪內(nèi)的通過(guò)頻率fDPF會(huì)隨轉(zhuǎn)速減小而減小,4個(gè)工況點(diǎn)的葉輪初始通頻分別為297.0,215.7,136.1,72.2 Hz;相同位置在不同惰轉(zhuǎn)流量時(shí)間工況下,高頻高小波強(qiáng)度區(qū)域占比逐漸減小,低頻區(qū)域小波強(qiáng)度響應(yīng)占比逐漸增大;在1.00TQi工況下,監(jiān)測(cè)點(diǎn)YL2,YL3,YL4的壓力脈動(dòng)強(qiáng)度明顯強(qiáng)于監(jiān)測(cè)點(diǎn)YL1的壓力脈動(dòng)強(qiáng)度,壓力脈動(dòng)系數(shù)沿葉輪流道先增大后減小;在監(jiān)測(cè)點(diǎn)YL2的42～120 Hz頻段和監(jiān)測(cè)點(diǎn)YL3的42～100 Hz頻段出現(xiàn)了一高一低2個(gè)信號(hào)(見(jiàn)圖5b和5c箭頭所指),此時(shí)區(qū)域處于1/3fDPF-1.00附近;葉輪葉片流道YL2,YL3,YL4在960～1 440 Hz(大于3fDPF-1.00)的高頻段響應(yīng)有7個(gè)較為明顯的小波波峰和波谷;在0.75TQi工況下,壓力脈動(dòng)在監(jiān)測(cè)點(diǎn)YL3的高頻小波響應(yīng)頻段和YL1的高頻小波響應(yīng)頻段近似,主要分布頻段為215～860 Hz,即fDPF-0.75～4fDPF-0.75,明顯小于監(jiān)測(cè)點(diǎn)YL2和YL4;監(jiān)測(cè)點(diǎn)YL2的70～100 Hz頻段有大于0.006的小波強(qiáng)度響應(yīng)(見(jiàn)圖5b箭頭所指),且該頻段的小波響應(yīng)隨流道逐漸減弱;在0.50TQi工況下,葉輪進(jìn)口監(jiān)測(cè)點(diǎn)YL1和YL2的小波強(qiáng)度響應(yīng)相較于葉輪出口將測(cè)定YL3和YL4更加的明顯,其中監(jiān)測(cè)點(diǎn)YL2高頻脈動(dòng)的小波響應(yīng)最強(qiáng),越接近葉輪出口越弱;葉輪流道的低頻段壓力脈動(dòng)小波強(qiáng)度響應(yīng)沿流道呈現(xiàn)先減小后增大再減小的變化趨勢(shì),此時(shí)的低小波強(qiáng)度響應(yīng)主要頻段為56～113 Hz,該頻段明顯小于0.50TQi工況時(shí)的初始葉輪通頻,處于2倍轉(zhuǎn)頻和5倍轉(zhuǎn)頻之間;在0.25TQi工況下,葉輪內(nèi)壓力脈動(dòng)強(qiáng)度基本趨于穩(wěn)定值,但在葉輪進(jìn)口監(jiān)測(cè)點(diǎn)YL1的高頻響應(yīng)區(qū)域明顯大于其他監(jiān)測(cè)點(diǎn),此時(shí)強(qiáng)小波強(qiáng)度響應(yīng)頻段為216～360 Hz,即大于3fDPF-0.25區(qū)域.

3.2 核主泵內(nèi)流場(chǎng)分析

圖6為在惰轉(zhuǎn)過(guò)程中葉輪與導(dǎo)葉中心截面1.00TQi～0.25TQi工況下的靜壓和速度云圖,可以看出:隨著惰轉(zhuǎn)發(fā)生,不同工況的壓力與速度分布變化情況一致,且變化梯度一致;隨著流量減小,葉輪出口速度逐漸減小,并且在導(dǎo)葉內(nèi)進(jìn)一步減小;由于在惰轉(zhuǎn)過(guò)程中葉輪轉(zhuǎn)速會(huì)逐漸下降,葉輪流道內(nèi)部靜壓也呈下降趨勢(shì);隨著葉輪到導(dǎo)葉流道的逐漸擴(kuò)張,流道內(nèi)的速度減小不斷轉(zhuǎn)化為壓力,使得靜壓逐漸增大,在葉輪出口邊與導(dǎo)葉進(jìn)口處,對(duì)應(yīng)的導(dǎo)葉流道擴(kuò)壓能力會(huì)后滯;隨著惰轉(zhuǎn)進(jìn)行,導(dǎo)葉進(jìn)口速度減小,流道的擴(kuò)壓能力逐漸減弱,擴(kuò)壓能力減小,導(dǎo)葉流道內(nèi)的做功區(qū)域逐漸向出口移動(dòng),這可能是由于隨著流量較小,該區(qū)域的回流減弱,而導(dǎo)葉做功區(qū)域轉(zhuǎn)移到了出口附近.

圖6 葉輪與導(dǎo)葉中心截面靜壓與速度云圖

圖7為在惰轉(zhuǎn)過(guò)程中環(huán)形壓水室中心截面1.00TQi～0.25TQi工況下的靜壓和速度云圖.

圖7 環(huán)形壓水室截面靜壓和出口速度云圖

由圖7可以看出:環(huán)形壓水室的舌部區(qū)域流動(dòng)十分復(fù)雜,在1.00TQi工況,泵內(nèi)流量還較大,葉輪轉(zhuǎn)速開始降低,舌部有沖擊現(xiàn)象導(dǎo)致此處存在靜高壓區(qū);0.75TQi工況,流量減少1/4以上,環(huán)形壓水室中的靜壓分布主要集中向壁面與出口擴(kuò)散,因?yàn)檗D(zhuǎn)速與流量的迅速下降,造成內(nèi)部流動(dòng)紊亂;在0.25TQi工況,流量減少1/2以上,壓水舌部的高壓流體有向局部低壓區(qū)流動(dòng)的趨勢(shì),使得壓水室舌部的沖擊有所減少;壓水室隔舌部位伴隨著明顯的回流現(xiàn)象,隨著惰轉(zhuǎn)進(jìn)行,回流現(xiàn)象越發(fā)嚴(yán)重,擴(kuò)散面積增大,有往流道中心擴(kuò)散的跡象,且旋渦的個(gè)數(shù)有增多趨勢(shì),內(nèi)部存在較大流動(dòng)損失,流量逐漸減小.

3.3 核主泵渦結(jié)構(gòu)分析

利用Q值的大小揭示渦核的分布及強(qiáng)度,圖8為核主泵在惰轉(zhuǎn)過(guò)程中葉輪、導(dǎo)葉、環(huán)形壓水室中間截面的Q值分布.

圖8 葉輪、導(dǎo)葉及環(huán)形壓水室中間截面Q值分布

由圖8a可以看出:一個(gè)周期內(nèi)不同時(shí)刻葉輪內(nèi)的渦核分布逐漸較少且較為紊亂;在1.00TQi工況,葉輪流道內(nèi)部有較多強(qiáng)渦區(qū)域,主要分布在葉片吸力面中部以及葉片尾緣部分,在吸力面強(qiáng)渦分布主要呈現(xiàn)出長(zhǎng)條形渦結(jié)構(gòu);在0.75TQi工況,強(qiáng)渦區(qū)域面積明顯減小;在0.25TQi工況,葉輪流道內(nèi)強(qiáng)渦區(qū)域基本消失,Q值在流道內(nèi)分布均勻且趨于0,葉輪吸力面的長(zhǎng)條形渦結(jié)構(gòu)明顯,并且此長(zhǎng)條渦結(jié)構(gòu)一直存在且較穩(wěn)定,由于吸力面與壓力面壓力相差較大,使得流體向吸力面運(yùn)動(dòng).

由圖8b可以看出:Q值范圍與葉輪一致,各工況強(qiáng)渦區(qū)域分布紊亂;在1.00TQi工況,強(qiáng)渦主要分布在流道中部且渦核靠近吸力面測(cè)呈長(zhǎng)條狀,出口區(qū)域存在部分中等渦;在0.75TQi工況,強(qiáng)渦區(qū)域面積減小,中等渦面積逐漸增大,由于葉輪轉(zhuǎn)速與流量減小,流道內(nèi)部分強(qiáng)渦脫落,并有向?qū)~出口移動(dòng)的趨勢(shì);在0.25TQi工況,流道內(nèi)強(qiáng)渦基本消失;隨著惰轉(zhuǎn)進(jìn)行,不同工況的導(dǎo)葉強(qiáng)渦面積與數(shù)量不斷減小,流道內(nèi)Q值趨于0.由于葉輪轉(zhuǎn)速與流量快速下降使得葉輪和導(dǎo)葉干涉劇烈,導(dǎo)致導(dǎo)葉內(nèi)渦強(qiáng)度有所增大.

由圖8c可以看出:當(dāng)Q值為[-4 000,4 000]時(shí)能夠清晰觀察到部分渦核,壓水室的Q值范圍相對(duì)葉輪及導(dǎo)葉的Q值范圍大幅度增大,這是由于隨惰轉(zhuǎn)過(guò)程進(jìn)行,葉輪速度與流量迅速減小,而經(jīng)過(guò)葉輪做工,葉輪內(nèi)的液流以較高速度進(jìn)入導(dǎo)葉流道,造成了較大的沖擊損失,對(duì)液流有一定的減速作用,使得液流流出時(shí)速度相對(duì)較低,所以壓水室渦核Q值范圍增大,這也說(shuō)明了葉輪與導(dǎo)葉間的動(dòng)靜干涉作用影響較大,而環(huán)形壓水室與靜止導(dǎo)葉相連接,受動(dòng)靜干涉作用影響較小;環(huán)形壓出室出口渦核隨葉輪旋轉(zhuǎn)逐漸分離,且出口處有部分渦核,可能與環(huán)形壓水室結(jié)構(gòu)有關(guān);葉輪旋轉(zhuǎn)方向?yàn)槟鏁r(shí)針,導(dǎo)致壓水室左側(cè)的渦核分布比右側(cè)多,且強(qiáng)渦主要集中在左側(cè).

4 結(jié) 論

應(yīng)用數(shù)值計(jì)算的方法,基于小波變換研究了核主泵惰轉(zhuǎn)下的壓力脈動(dòng)特性,得到結(jié)論如下:

1) 在惰轉(zhuǎn)1.00TQi到0.25TQi過(guò)程中,核主泵葉輪流道最大壓力脈動(dòng)系數(shù)變化出現(xiàn)在葉輪中部0.75TQi到0.50TQi過(guò)程中,葉輪流道最大壓力脈動(dòng)系數(shù)變化出現(xiàn)在動(dòng)靜交界區(qū)域,其變化率大于60%;在0.50TQi到0.25TQi過(guò)程中,壓力脈動(dòng)系數(shù)變化趨于平穩(wěn),高頻小波區(qū)域占比逐漸減小.

2) 惰轉(zhuǎn)過(guò)程中,隨著葉輪轉(zhuǎn)速降低和內(nèi)部流量減小,葉輪做功區(qū)域向出口附近轉(zhuǎn)移.由于葉輪與導(dǎo)葉之間的動(dòng)靜干涉作用,液流在流入壓水室時(shí)速度相對(duì)減小,因此壓水室內(nèi)沖擊較小.隔舌部位由于結(jié)構(gòu)特殊所受沖擊較大,附近有回流產(chǎn)生,并有向流道中部擴(kuò)散的跡象.

3) 隨著惰轉(zhuǎn)進(jìn)行,流道內(nèi)的部分強(qiáng)渦區(qū)數(shù)量逐漸減小,且出現(xiàn)渦核分離脫落現(xiàn)象,由于葉輪與導(dǎo)葉之間的動(dòng)靜干涉導(dǎo)致導(dǎo)葉流道內(nèi)的Q值分布不均勻,隨著葉輪旋轉(zhuǎn)渦核向?qū)~出口流動(dòng),壓水室內(nèi)的渦核主要集中于左側(cè).