Flow Unsteadiness and Pressure Pulsations in a Nuclear Reactor Coolant Pump.

Nestacionarni tok in tlačni impulzi v črpalki za hladilno vodo jedrskega reaktorja. (Slovenian)

Unsteady flow induced by rotor-stator interaction is detrimental to the safe operation of the nuclear reactor coolant pump, so it is essential to clarify flow structures and pressure pulsations in such pumps, especially within the spherical casing. In this paper, unsteady flow characteristics in a mixed-flow nuclear reactor coolant model pump were investigated using large-eddy simulation (LES) method. Results show that at the nominal flow rate, in two particular diffuser channels near the spherical casing discharge nozzle, the flow structures are uneven compared with that in the other flow channels. The reason is associated with the position of the flow channel with respect to the spherical casing nozzle. Large- scale flow separation and backflow structures easily occur at the regions near these two channels. In the right and the middle region of the casing nozzle, due to the large-scale separate flow and high vorticity magnitude, unsteady flow structures are more complicated in comparison with the other regions. It has been found that the vorticity spectra and the pressure spectra almost have the same main excitation frequencies. Therefore, it has been confirmed that for particular regions pressure pulsations are determined by the shedding vortex wake from the diffuser blade trailing edge of the nuclear reactor coolant model pump. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

Črpalke za hladilno vodo jedrskega reaktorja (RCP), ki skupaj s sredico reaktorja in generatorji pare /a prenos toplotne energije predstavljajo srce jedrskega reaktorja, poganjajo kroženje hladilne vode v primarnem krogu. Te črpalke so edini rotacijski del v jedrskem otoku, zalo spadajo med komponente prvega razreda jedrske varnosti. Poleg tega so tudi glavni porabnik energije v jedrski elektrarni ter morajo zagotavljati dolgotrajno delovanje brez prekinitev in motenj. Notranji tokovi v črpalki za hladilno vodo jedrskega reaktorja z mešanim tokom so eden glavnih problemov pri razvoju teh črpalk za velike tlačne vodne reaktorje. Nestacionarni tokovi v črpalki. Se posebej v določenih predelih, so zelo pomembni za varnostno analizo jedrskega reaktorja, saj lahko povzročijo vibracije, ki ogrožajo integriteto črpalke. Pri konstruiranju tovrstnih črpalk je zato nujna celovita analiza in napovedovanje tlačnih impulzov zaradi interakcij med rotorjem in statorjem. Za izboljšanje učinkovitosti in stabilno obratovanje črpalk za hladilno vodo jedrskih reaktorjev je nujen podroben opis zapletenih nestacionarnih struktur notranjih tokov. Pri teh črpalkah gre za posebno konstrukcijo s steričnim ohišjem, ki določa značilne in kompleksne tokovne strukture v Črpalki. Članek predstavlja študijo notranjih nestacionarnih lokov v modelni črpalki RCP z mešanim tokom pri nazivnih pogojih na podlagi metode simulacije velikih vrtincev (LES) in eksperimentov. Merilna mesta za merjenje tlačnih impulzov in nestacionarnega toka so bila postavljena na vhodu kolesa, v kanalih difuzorja in na sferičnem ohišju. Podatki o tlačnih impulzih in zapletenih tokovnih strukturah so bili nato združeni za opis nestacionarnega toka v črpalki. Notranje tokovne strukture so težko določljive in zapletene zaradi posebnosti sferičnega ohišja teh črpalk. Raziskava je pokazala, da se tokovne strukture pri nazivnem pretoku v različnih kanalih občutno razlikujejo in da so lesno povezane s položajem kanala difuzorja glede na šobo. V kanalih difuzorja v bližini šobe prihaja do ločevanja toka in do povratnih tokov. Na predel levo od praznilne šobe ohišja pomembno vplivajo intenzivne interakcije med rotorjem in statorjem. Desno in na sredini šobe ohišja pa so nestacionarne tokovne strukture bolj zapletene kot drugje zaradi obsežnega ločenega toka (prehodni in krožni lok) in močnega vrtinčenja. Ugotovljeno je bilo. da imajo vrtinčni in tlačni spektri praktično enake vzbujalne frekvence. Tlačni impulzi v določenih predelih so lako odvisni od odlepljanja vrtincev na zadnjem robu lopatice difuzorja modelne črpalke za hladilno vodo jedrskega reaktorja. Nadaljnje raziskave bodo usmerjene v odvisnosti med nestacionarnimi tokovnimi strukturami in tlačnimi impulzi v zadevnih črpalkah v vseh delovnih pogojih, uporabljene pa bodo tehnike merjenja tlačnih impulzov in PIV. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

Copyright of Journal of Mechanical Engineering / Strojniški Vestnik is the property of University of Ljubljana, Faculty of Mechanical Engineering, Journal of Mechanical Engineering and its content may not be copied or emailed to multiple sites or posted to a listserv without the copyright holder's express written permission. However, users may print, download, or email articles for individual use. This abstract may be abridged. No warranty is given about the accuracy of the copy. Users should refer to the original published version of the material for the full abstract. (Copyright applies to all Abstracts.)