The Generation IV Lead-cooled fast reactor (LFR) take the liquid lead or lead-bismuth eutectic alloy (LBE) as the coolant of the primary cooling circuit. Combined with the natural characteristics of lead alloy and the design features of LFR, the system is the simplest and the number of equipment is the least, which reflects the inherent safety characteristics of LFR. The nuclear main coolant pump (MCP) is the only power component and the only rotating component in the primary circuit of the reactor, so the various operating characteristics of the MCP are directly related to the safety of the nuclear reactor. In this paper, various working conditions that may occur in the normal rotation (positive rotating) of the MCP and the corresponding internal flow characteristics are analyzed and studied, including the normal pump condition, the positive-flow braking condition and the negative-flow braking condition. Since the corrosiveness of LBE is proportional to the fluid velocity, the distribution of flow velocity in the pump channel will be the focus of this study. It is found that under the normal pump condition and positive-flow braking conditions, the high velocity region of the impeller domain appears at the inlet and outlet of the blade. At the same radius, the pressure surface is lower than the back surface, and with the increase of flow rate, the flow separation phenomenon is obvious, and the turbulent kinetic energy distribution in impeller and diffuser domain shows obvious near-wall property. Under the negative-flow braking condition, there is obvious flow separation in the impeller channel.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.10
no.4
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pp.31-40
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1986
With the tendency toward high speed and high pressure in centrifugal pumps, the problem of sub-synchronous vibration has arisen, caused by the hydraulic forces of the working fluid, such as wearring, balance piston, impeller, etc.. These forces can drastically alter the rotor critical speeds and stability characteristics, and can be acted significant destabilizing forces. For preventing such self-excited vibration, the desing of the rotor system needs, which would secure the stability of the machine. In this paper, a procedure is presented for dynamic modeling of rotor-bearing-seal-impeller systems which consist of rigid disks, distributed parameter finite rotor elements and discrete bearings, seals and impellers. A finite element model including the effects of rotatory inertia and gyroscopic moments is developed using the consistent matrix approach. The technique of dynamic matrix reduction is applied to the shaft matrices to reduce them to a set of matrices of dynamic of significantly fewer degrees of freedom. The representation of bearing, seal and impeller elements is in term of linearized stiffness and damping matrices by reasonably small perturbations from equilibrium. The stability behavior of a typical double suction centrifugal pump is presented. Results show the influence of clearance and flow conditions on running speeds and stability characteristics.
In this study, the performance prediction programs for centrifugal pumps are developed. To estimate the losses in the centrifugal pump impellers, two-zone model and TEIS(two elements in series) model are applied to the program. The basic concept of two zone model considers the primary zone that is an isentropic core flow and the secondary zone that is non-isentropic region at the impeller exit. The flows through two different zones mixed out at the impeller exit and the mixing process occurs with an increase in entropy, a decrease in total pressure. The level of the core flow diffusion in a impeller was calculated using TEIS(two elements in series) model. The effects of various parameters which are used in this program on the prediction of head and efficiency are discussed. The correlation curves to select the effectiveness of the primitive TEIS model were suggested according to the specific speed of the centrifugal pumps.
The performance prediction of SMART MCP was performed using a computational fluid dynamics code. General capacity-head performance curve of MCP, which is provided to other design branches as design input, was obtained and it showed the typical type of axial pump performance curve. When four MCPs operate in parallel and one of them stops while the others continue to operate, SMART requires reduced power operation. A procedure for predicting the performance of SMART MCP for that case was developed and verified with available experimental data. An analysis based on the developed procedure was performed for two cases; the impeller of sloped MCP is fixed or free to rotate in reverse direction. According to the results, $73\%$ flow rate of normal operation enters the reactor core in the case of the locked impeller. In case of the impeller free rotation, the flow rate entering the reactor core is $62.8\%$.
In this study, the performance prediction programs for centrifugal pumps are developed. To estimate the losses in the centrifugal pump impellers, a two-zone model and TEIS(two elements in series) model are applied to the program. The basic concept of a two zone model considers the primary zone that is an isentropic core flow and the secondary zone that has a non-isentropic region at the impeller exit. The flow goes through two different zones and is mixed out at the impeller exit and the mixing process occurs with an increase in entropy, a decrease in total pressure. The level of the core flow diffusion in an impeller was calculated using TEIS(two elements in series) model. The effects of various parameters which are used in this program on the prediction of head and efficiency are discussed. The correlation curves used to select the effectiveness of the primitive TEIS model were suggested according to the specific speed of the centrifugal pumps.
Singh, Patrick Mark;Chen, Chengcheng;Choi, Young-Do
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.39
no.10
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pp.1017-1022
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2015
Specific hydrodynamic characteristic of pump-turbine during the start and load rejection process of generating mode causes anomalous increase of water pressure, along with large machine vibration, called "S" characteristic. The aim of this study is to understand and explain the hydrodynamic performance of pump-turbine at "S" characteristic region by using a model of pump-turbine system. The operation in the condition of runway and low discharge in a typical "S" characteristic curve may become unstable and complex flow appears at the passage of guide vane and impeller. Therefore, velocity and pressure distribution are investigated to give an all-sided explanation of the formation and phenomenon of this characteristic, with the assistance of velocity triangle analysis at the impeller inlet. From this study, the internal flow and pressure fluctuation at the normal, runway and low discharge points are explored, giving a deep description of hydrodynamic characteristic when the pump-turbine system operates with "S" characteristic.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.7
no.2
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pp.54-59
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2014
Particle Image Velocimetry combined with developed image processing method is adopted to study the liquid-solid two phase flow in the centrifugal pump impeller with crystallization phenomenon. The tracer particle is used to follow the liquid phase, which has the diameter between 8 to $12{\mu}m$. The crystal particle precipitates from the sodium sulfate solution does change the wavelength of the laser, and which has great laser scattering characteristics. The diameter of the crystal particle is larger than $20{\mu}m$. Through calculating the diameter of the particles in the image, the tracer particle and the crystal particle can be distinguished. By analyzing the experimental result, the following conclusion has been obtained. During the delay period, there is not any crystal particle and the pump performance has not been changed. As the crystallization process begins, the crystal nuclei appears from the supersaturation solution and grows larger with temperature decreasing, which has the tendency of moving towards the pressure side. The characteristics of liquid-solid two phase flow with crystallization phenomenon in the pump are obtained according to analysis of experimental results, and some guiding advices are presented to mitigate the crystallization phenomenon in pump impeller.
This paper deals with multi-objective optimization using response surface method to improve the hydraulic performances of a 2 vane pump for wastewater treatment. For analyzing the internal flow field in the pump, steady Reynolds-averaged Navier-Stokes equations were solved with the shear stress transport turbulence model as a turbulence closure model. The impeller and volute variables were defined in the shape of the 2 vane pump. The objective functions were set to satisfy the total head at the design flow rate as well as to improve the efficiency. The hydraulic performance of the optimally designed shape was verified by numerical analysis results.
The paper presents computational and flow visualization results on a centrifugal blood pump. 4 impeller designs were tested at a rotational speed of 2000 rpm using blood analog as working fluid. All impellers have seven blades but of different geometry (Impellers A3, A4, B2 and R7). Flow visualization within the impeller passages was conducted using an image de-rotation system. A pair of large scale vortices was found within the blades of impeller R7 while a single vortex was found in most of the passages of backward facing impellers (Impellers A3, A4 and B2). To establish the effects of blade geometry on blood cells, CFD was used to simulate the blade to blade flow to provide an estimate of the maximum shear stress. The results showed that though most of the stresses within the blade passages are below a threshold level of 150 N/m$^2$for extensive erythrocyte damage to occur, there are some regions near to the leading edge of the pressure side where the shear stresses a abode threshold level.
A centrifugal pump was selected as a basic study, for it was utilized widely at the industry among various types of pumps. The purpose of this study was to develop the software for design of centrifugal pump. The step of this design was divided into two stages. First, the impeller was designed by the experiences and theory of A.J.Stepanoff, and the head was checked whether the design of impeller was acceptable. Second, the volute chamber was designed by the Archimedes spiral. Then, These procedures of impeller and volute chamber were developed into the software in C-language. Checked the validity of the developed software, the results were consistent with the actual pump produced domestically.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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