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流体中心先进核电系统用新一代电磁泵研究取得重要突破

时间:2021-07-11 点击:

近日,流体中心张德胜研究员团队在美国物理联合会(American Institute of Physics, AIP)主办的流体力学领域国际权威期刊《流体物理》(Physics of Fluids)上,发表题为“Numerical study of the magnetohydrodynamic flow instability and its effect on energy conversion in the annular linear induction pump”研究论文(Physics of Fluids 33, 067125 (2021)https://doi.org/10.1063/5.0052564),流体中心赵睿杰副研究员为第一作者、张德胜研究员为通讯作者,江苏大学为第一单位。赵睿杰博士长期从事强电磁-流体耦合的研究,近期在先进核电系统用圆柱式线性感应电磁泵(以下简称ALIP电磁泵)内部流动不稳定机理研究中获得重要突破,相关研究成果还发表于美国机械协会会刊《Journal of Fluids Engineering -Transactions of THE ASME》等国际知名期刊。

ALIP电磁泵原理图 全尺度高精度三维数值模型

液态金属不稳定流动时空演化 液态金属内不同能量机制分布

ALIP电磁泵依靠三相交变电流激励的交变移动磁场在流道内产生交变感生电流,在磁场与电流共同作用下产生沿轴向的电磁力(洛伦兹力),导电液体在洛伦兹力作用下在流道内不断增压。ALIP电磁泵由于没有旋转部件和机械运动,可实现全封闭设计、无泄漏、低噪音、低振动,泵体可靠性极高,特别适用于恶劣工况下长时间服役的环境,是目前在研先进核电系统(液态钠冷却快中子反应堆、加速器驱动次临界反应堆)以及深海、深空核电系统理想的核主泵选用类型。但是,ALIP电磁泵在偏工况下容易产生涡旋、逆向流等内部不稳定流动,引起泵出口流量和压力的脉动,严重影响泵的效率和运行稳定性。课题组在国家自然科学基金等项目支持下,近五年对ALIP电磁泵内部电磁-流场耦合环境进行了高精度数学建模,采用模拟方法研究了泵内部流动不稳定现象,基于量级分析方法研究了泵内不稳定流动发生与各扰动物理量的内在关系,研究了泵内磁流体在不同扰动因素下发生不稳定流动现象的机理,揭示了电磁泵内部能量转换与传输的作用机理。在此基础上,与上海核工程研究设计院建立了合作关系,开展可应用于深海、深空核电系统的ALIP电磁泵前瞻研究,相关成果可为商业型先进核电站用高可靠、高稳定大型ALIP电磁泵提供理论基础和和技术支撑,为未来安全核电提供了动力驱动新方法。(流体中心)

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