《流體泵免維修輸送系統工業化套用關鍵技術研究》是依託武漢大學，由李江雲擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：流體泵免維修輸送系統工業化套用關鍵技術研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：李江雲
- 依託單位：武漢大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
流體泵是一類利用壓縮空氣為動力的管道式輸送裝置，通過氣液換能裝置，依靠不同的流體元件組合實現流動換向控制，達到流體輸送目的。由於該類裝置不含運動部件，具備固有安全性和免維修性，故特別適於核後處理中乏燃料的輸送。在核電規模高速發展的今天，我國流體泵工業套用還遠落後於核電已開發國家，相關基礎研究必須儘快展開。課題擬針對3種典型流體泵型式，抽取流體設計中的共性問題，對元件單體仿真、系統配套、仿真最佳化及運行安全等關鍵技術展開研究。課題研究首先針對雙噴射器、交變噴射器，逆向流體轉換器（RFD）、正向流體轉換器（FFD）等單體元件進行流動機理研究，其次基於元件組合拓撲關係，對不同衝程數的傳能系統進行配套設計；第三，基於非定常流理論，研究建立流體泵系統仿真最佳化設計理論；最後，針對管道式輸送系統中的汽蝕和水錘現象，提出裝置運行範圍和限制條件，並通過試驗進行理論驗證和完善，為我國流體泵的工業化套用打下基礎。
結題摘要
流體泵利用流體作為驅動力進行危險流體的輸送，由於不含運動部件而具有免維修特點，用於人體不宜近距離接觸的場合。雖然流體泵系統結構簡單，但由於流體傳動系統設計變數多，工藝需求複雜，且流體動力元件（fluidic power device）對運行參數敏感，導致該項技術的工業化推廣門檻較高，其中系列化設計問題是制約該項技術在我國核工業及相關領域推廣的關鍵因素。項目從工業套用角度，需在相關設計理論及裝置試驗已漸趨成熟的基礎上，通過系列化計算為工業設計提供型譜圖，其次，開發較成熟的性能預測程式以逐步替代工業試驗。另一方面，由於性能預測計算模型簡化了脈衝周期過程，因此應研究三維VOF全模型仿真技術以彌補一維簡化帶來的誤差。為此，課題針對3種典型流體泵型式進行了研究。首先，對RFD、FFD元件單體結構進行最佳化仿真，其次，利用仿真計算及系列化性能試驗結果，對單衝程和雙衝程系統各元件結構參數和運行參數進行配套設計，尤其對噴射器組結構參數的配套關係展開研究，對系統運行的穩定性至關重要，由此建立了簡化的一維時均模型及求解步驟，可對系統性能進行初步預測；第三，針對系統效率、規模設計了基於遺傳算法的最佳化模型和求解步驟，通過系列化設計製作工業設計型譜圖，並根據介質物性參數對性能的影響規律，給出了不同介質性能換算方法；第四，基於數值仿真確定了系統最佳化運行範圍及汽蝕防護極限運行範圍，提出了RFD空化判別標準；第五，利用試驗操作參數作為邊界條件，基於VOF進行RFD非定常三維全模型數值仿真，採用UDF編輯RFD進口壓力作為邊界條件代入求解器，通過對系統分塊變密度格線的設定縮短CPU占用時間，獲得與試驗一致的平均流量。基於上述研究內容，獲得如下重要成果：基於遺傳算法的RFD最佳化模型及其求解方法、RFD最佳化運行範圍及空化極限參數的確定方法、RFD裝置工業化設計型譜圖及性能換算方法、RFD穩定運行中的壓力自反饋控制系統。其科學意義在於，（1）為流體泵的工業套用提出了具有實用價值的RFD流體輸送系統的設計理論和設計方法，計算結果得到試驗驗證，為RFD流體輸送系統的工程套用奠定了堅實的技術基礎；（2）所提出的RFD多參數總成配套規律和設計步驟，確定了影響RFD流體輸送系統設計的關鍵因素，對系列化產品最佳化設計具有指導意義；（3）掌握了真空噴射器和壓縮噴射器組合機理，解決了氣體定向流動控制及動力能量穩定輸入的難題。
