水室挡板流阻试验研究

　　1　变体相似理论的提出

　　AC600压水堆蒸汽发生器水室挡板形状如图1所示,其作用是将水室与主管道隔离,以便进行检修。在工程设计中,必须知道管道系统安装该挡板后的局部阻力系数。该阻力件形状特殊,结构复杂,要进行原形阻力试验相当困难。本文提出了按变体相似理论设计水力模型进行模拟试验,获得了水室挡板流阻特性曲线。变体相似理论的提出,为在工程设计中进行其它复杂形状阻力件的流阻试验提供了一种解决实际问题的办法。

　　2　水力模型设计

　　根据传统的流体力学相似理论[1],模型流动与原型流动应满足几何(空间)相似、运动(时间)相似和动力(流动中受力)相似,但在满足几何相似与运动相似的基础上,无法满足完全的动力相似。由动力相似可进一步推出,模型和原形流动的雷諾准数Re、弗劳德准数Fr、欧拉准数Eu、斯特劳赫准数St和马赫准数Ma等均应分别相似。然而,这些相似准数之间不是都相容的,因而只能做到主要动力相似。此外,由于原型的流道结构复杂,并受到有关试验条件的限制,只能做到主要几何相似。由图1可知,该水室挡板为形状复杂的阻力件,水力模型按变体(模型与原型的局部几何形状不完全相同)相似理论进行设计。由于该试验的主要目的是测量流阻系数(工作介质为单相流体),不是测量流道內的流场分布,按变体相似理论设计水力模型是可行的。根据主要动力相似考虑,本试验以雷诺准数Re作为决定性相似准数。设计中应遵循以下原则:

　　(1)模型与原型流动在几何上应主要相似;

　　(2)在少部分未能做到几何相似的流段,应根据原型流动的流速大小和方向分布及冲击程度等,综合技术交流考虑模型的设计,虽不能做到完全几何相似,但粘性阻力效果应尽可能一致。

　　采用变体相似理论设计的水力模型如图2所示。水室原型局部结构如图1所示,该水室为半球状,中间有隔板,水流经过挡板流入腔室,需测定挡板前后的压差,确定水流经过挡板的水力损失。为了比较准确地测量挡板出口压力,该水力模型主要在腔室部分按变体相似理论进行了处理,并遵循以上设计原则。

　　3　试验装置及测试系统

　　试验装置(图3)主要由电机、泵、电磁流量计、模拟试验体、电动闸阀和管道系统等组成[2]。试验时先将整个管道系统内充满水,起动电动机1,驱动供水泵2增大水压,水经出水管3、闸阀8、电磁流量计7、模拟试验体6,最后经进水管4回到供水泵2,形成闭式循环。闸阀8用于调节泵流量。

　　试验装置的主要测量仪表[3]为电磁流量计和差压传感器。电磁流量计的测量精度为±0.50%,差压传感器的精度为±0.25%。