本项目以第四代钠冷快堆核主泵可能采用的ALIP电磁泵为研究对象，针对其在大型化设计中出现的内部非稳态流动为研究内容，通过建立二维和三维数值模型来模拟泵内液态金属钠在交变电磁场耦合作用下瞬态流动过程，重点研究了泵内、外双侧布置线圈与传统单侧布线对速度、磁场、洛伦兹力产生的影响；三维泵内流道瞬态流动过程及非稳态流动（涡流、回流）产生的机理和时空演化特性，发现了双侧布线可以显著均化泵内流道各物理场沿径向分布、泵内非稳态流动产生的临界流量、泵内子午面涡流先从外侧产生逐渐扩大、泵内周向面涡流的区域和大小与脉动速度和磁场的波长有关，在此基础上提出了两种泵内稳流设计方案。目前国际上日本、韩国、俄国和法国针对此类泵都有大量研究，其中日本更是成功研制了一款流量超100方的示范泵。本项目的研究成功填补了我国在这方面的研究空白，为设计大型ALIP电磁泵提供了理论模型和设计模拟方法，具有较重要的应用价值。

ALIP电磁泵在大流量下内部流场稳定性控制是设计和制造第四代钠冷快堆核主泵最关键的问题，研究磁流体在强变化电磁场作用下流动稳定性是解决该问题的基础研究。本项目将以可冷却1500 MWe级钠冷快堆的ALIP作为设计目标，建立ALIP三维磁-流-热多场耦合数值模型，并开展相关实验验证。主要研究内容有：1）基于LES模拟探明磁流体在外加强交变电磁场作用下通道内流动特性，掌握在不同流量、不同电磁场强度和迁移速度下通道内（特别是在哈特曼边界层中）流态特性。2）采用基于RANS方法的MHD模型探究ALIP在大流量下内部产生不稳定现象的机理，包括泵两端产生的非对称磁场对磁流体的作用，泵内沿径向分布磁场、涡电流对泵内磁流体流动的影响等。3）从改变磁场分布和泵内结构的角度，提出主动控制方案。本项目成果将提高对磁流体管道流在高雷诺数和强变化磁场下的认识；在应用研究上将为设计大流量核主泵提供理论和实验支撑。

本项目从系统理论研究的角度，对于多环路压水反应堆冷却系统，提出各个环路核主泵分别在同时断电、部分断电及相继断电而惰转的过程中系统流动瞬变及核主泵惰转瞬态特性的系统模型。建立核主泵不同断电过程中系统冷却剂与主泵在惯性作用下堆芯流量衰减与系统参数、主泵参数的关系式，建立核主泵不同断电过程中惰转特性的关系式及与主泵设计参数的关系。提出核主泵启动过程中反应堆冷却系统流动瞬变及核主泵启动瞬态特性的系统模型，建立核主泵启动过程中冷却剂在惯性与离心力作用下堆芯流量瞬变与系统参数、主泵参数的关系式，建立核主泵启动瞬态特性关系式及与主泵设计参数的关系。研究核主泵的转动惯量、系统冷却剂惯性、机械损失对堆芯流量和主泵惰转转速、惯性压头、惯性流量的影响。研究主泵断电惰转和启动瞬态过程中流量、转矩、压头与瞬态转速的关系。研究核主泵的转动惯量、系统冷却剂惯性对主泵启动压头、启动转矩、启动流量和转速及堆芯流量的影响。

当前我国核电的发展形势，核主泵的国产化自主化设计制造，需要做一些服务于设计制造的基础的科学问题的研究。本项目从反应堆冷却系统基础理论研究的角度出发，研究核主泵瞬变工况下核主泵瞬态特性及堆芯流量瞬变的研究。从系统理论的角度，提出了反应堆冷却系统核主泵启动瞬变工况下主泵瞬态特性的数学模型，建立核主泵启动无量纲转速和流量特性关系式，建立了核主泵启动总的无量纲瞬变压头、加速压头和克服摩擦的压头特性关系式，建立核主泵启动无量纲加速冷却剂转矩，加速核主泵转动部分转矩和克服冷却剂摩擦转矩特性关系式。研究了系统参数、冷却剂惯性及主泵转动惯量对主泵启动转速、流量、压头和转矩的影响。提出了反应堆冷却系统核主泵断电瞬态特性及堆芯流量的数学模型，建立了主泵断电惰转转速及流量与系统参数及主泵设计参数的无量纲关系式，研究了系统无量纲参数、冷却剂惯性及主泵转动惯量对主泵断电惰转转速及流量的影响。与秦山和大亚湾主泵断电惰转实验曲线进行了比较，包括流量和转速曲线进行了比较，亦与Yokomura发表的研究型反应堆实验泵的惰走试验结果进行比较，与Tsukamoto的试验泵启动流量、转速和压头进行了比较，结果非常吻合，证明所建立的主泵启动和断电非稳态特性关系式的正确性。上述建立的特性关系式没有采用离心泵特性关系式，上述变量全部无量纲化，对于设计新型压水堆冷却系统和核主泵均适用，不仅仅适用于压水堆冷却系统，对于水压闭环系统瞬变特性的分析亦适用。为我国核主泵及压水堆冷却系统自主设计及制造提供理论依据。 2100433B

磁流体是一种胶体溶液。作为密封用的磁流体，其性能要求是：稳定性好，不凝聚、不沉淀、不分解；饱和磁化强度高；起始磁导率大；粘度和饱和蒸气低，其他如凝固点、沸点、导热率、比热和表面张力等也有一定的要求。

影响磁流体稳定的主要因素有：微粒力度大小、表面活性剂和载液以及它们的合理配比。稳定性是磁流体各种特性存在的前提。

磁流体密封装置是由不导磁座、轴承、磁极、永久磁铁、导磁轴、磁流体组成，在均匀稳定磁场的作用下，使磁流体充满于设定的空间内，建立起多级“O型密封圈”，从而达到密封的效果；每级密封圈一般可以承受大于0.15～0.2个大气压的压差。总承压为各级压差之和，一般设计为2.5个大气压，总体耐压随液态“O”形圈的级数增加而增加。被世界各国广泛公认的“零泄漏”动密封先进技术。