对流换热条件下换热管板的应力分析

给出对流换热条件下换热器管板中应力场的有际元分析方法，分析中将管板布管区折算为受管孔削弱并被管束支承的横观各向同性均质等效板，在计算位移场时采用具有附加内部自由度的ｗｉｌｓｏｎ非协调元，以保证计算应力的精度与温度场精度的相匹配，计算结果得到了试验验证。典型算例说明过厚的管板将引起过大的温度应力，对于核工业中各种以温度载荷为主的换热器，应注意合理选择管板厚度。     

对流换热条件下换热器管板的应力分析

给出对流换热条件下换热器管板中应力场的有限元分析方法。分析中将管板布管区折算为受管孔削弱并被管束支承的横观各向同性均质等效板；在计算位移场时采用具有附加内部自由度的ｗｉｌｓｏｎ非协调元，以保证计算应力的精度与温度场精度相匹配。计算结果得到了试验验证。典型算例说明过厚的管板将引起过大的温度应力。对于核工业中各种以温度载荷为主的换热器，应注意合理选择管板厚度。     

核电厂稳压器波动管内热分层效应分析

利用CFD方法对核电厂稳压器波动管以及与之相连接主管道内反应堆冷却剂进行流固耦合共轭流动传热计算,获得在升温瞬态条件下稳压器波动管内冷却剂的温度场分布,证实在水平段内可产生明显的热分层结构。在此基础上,利用有限元分析软件,结合波动管的结构特征,建立稳压器波动管的热分层应力计算模型,并对稳压器波动管的应力水平进行计算分析,给出稳压器波动管中的应力场分布特性。     

管壳式换热器管板温度场的分析方法

本文提出了一种分析换热器管板温度场的简化方法，计算分为单元分析与总体分析两步进行，总体上将管板布管区折算为横观各同性的均质圆板，内部含有等效的流体热源（或热汇），其密度根据管内流体与管板的换热量由单元分析得到，单元分析还可考虑管子与管板胀接面处的接触热阻，分析表明在布管区与非布管区过渡处，管板与壳体连接处有较大的温度梯度，而管子与管板孔胀接处的接触热阻管板中的“表皮热效应”减小，沿管板厚度温度梯度     

自然对流条件下PRHEHX传热特性数值研究

采用计算流体动力学(CFD)方法对AP1000非能动余热排出热交换器(PRHEHX)进行数值模拟,研究其流动与传热特性。对C型传热管束区采用多孔介质模型处理,同时考虑传热管内一次侧流体到管外二次侧流体耦合换热。通过计算获得不同时刻安全壳内置换料水箱(IRWST)内的温度场和流场分布以及传热管内流体温度沿流动距离的变化特性等参数。     

螺旋管直流蒸汽发生器一、二次侧耦合传热特性分析

为获得螺旋管直流蒸汽发生器（HCOTSG）螺旋换热管内两相流动换热特征，以国际革新安全反应堆（IRIS）HCOTSG为研究对象建立了HCOTSG一、二次侧耦合热分析模型，分析了稳态工况下，不同二次侧给水流量对HCOTSG热工水力参数产生的影响，并将所建立的HCOTSG一、二次侧耦合热分析模型与计算流体力学软件（CFX）三维流动换热计算相结合，对HCOTSG稳态工况下螺旋管内精细的热工水力参数进行计算。通过HCOTSG一、二次侧耦合热分析模型计算得到HCOTSG稳态工作时沿管程的相关热工水力参数；通过CFX三维模拟发现螺旋管横截面流体流速和温度分布不均匀现象，得到螺旋内侧流体温度高于螺旋外侧，螺旋内侧流体速度低于螺旋外侧，螺旋内侧流体比螺旋外侧流体先开始沸腾的结论。因此，本研究对于HCOTSG稳态运行和螺旋换热管事故分析具有指导作用。      

非能动余热排出换热器换热能力数值分析

基于多孔介质模型,对AP1000非能动余热排出换热器(PRHR-HX)运行初始阶段进行了数值模拟。一回路的入口温度及流量采用RELAP5的计算结果,并以此作为CFD计算的边界条件。采用多孔介质模型处理C型管束区,添加管束区分布阻力。通过商业CFD软件FLUENT计算得到安全壳内置换料水箱(IRWST)侧冷却剂的三维温度及速度分布,通过用户自定义函数UDF完成一回路侧与IRWST侧的耦合换热计算,获得一回路温度分布及换热量。计算结果表明,随着IRWST内冷却剂温度升高,换热器热负荷降低,并出现明显的热分层现象,同时证明采用多孔介质模型与耦合换热计算是分析PRHR/IRWST系统瞬态热工水力特性的有效方法。     

C型换热器管外流体两相自然循环数值模拟

建立了简化的C型换热器管外流体CFD分析模型,模拟了反应堆安全壳内置换料水箱（IRWST）中典型气液两相自然循环特性。首先用公开发表文献中的试验数据对计算方法进行校验,计算中采用的湍流模型、壁面沸腾模型等能较好地捕捉主流流体升温特性、两相自然循环特性。结果表明：C型换热器增加了管外流体流场分布的不均匀性,提高了冷、热流体间的搅混强度,有助于降低管外流体温度差,增加大容积水池内的自然循环能力;但由于壁面对气泡的阻滞作用,换热器弯管及水平管局部区域空泡份额最大,发生了气泡聚集。计算结果可为非能动余热排出换热器的设计提供支持。     

QM-400 CFD自然对流模型研究及验证

秦山第三核电厂乏燃料干式贮存模块QM-400是我国第一座投入商业运行的干式贮存设施，模块内的热量交换主要包括自然对流、热传导、耦合传热和辐射换热等。本文精确计算了典型环境温度下每个燃料篮的衰变热，运用商用计算流体动力学（CFD）软件FLUENT 14.0开展了网格敏感性分析，并建立了QM-400存储模块的自然对流CFD分析模型。结果表明，模块顶面、侧面以及贮存筒表面压力和温度分布符合自然对流规律，计算的测点温度与现场的实测温度符合良好，测点温度随环境温度的变化趋势也与实测趋势符合良好，证明了建立的CFD自然对流计算方法的正确性。本文结果为后续采用CFD方法进行取消绝热板后的温度场计算奠定了基础。     

带MVG和MSMG的5×5全长棒束单相流场和温度行为数值分析

定位格架作为燃料组件的关键部件之一，直接影响到燃料组件的热工性能。本文对带结构格架（MVG）和跨间搅混格架（MSMG）的5×5全长加热棒束单相流场和温度场采用计算流体力学（CFD）程序进行数值分析研究，获得该特征棒束组件出口二次流场以及温度场分布特性。研究表明，定位格架下游流场受定位格架和距离的影响，定位格架上游流场对下游二次流几乎无影响，定位格架导致流体强烈的横向二次流，增强了流体和加热棒之间的换热能力，使得棒束子通道截面流体温度更加均匀。与5×5全长棒束出口子通道温度的实验数据对比分析表明，获得的计算模型可以较好地分析该型棒束组件结构温度场行为。      

石墨慢化通道式熔盐堆的稳态热工水力计算模型

针对石墨慢化通道式熔盐堆的堆芯结构，基于COMSOL Multiphysics程序和MATLAB程序建立了堆芯稳态热工水力学计算模型。该模型对堆芯内固体区域的温度分布采用三维热传导方程进行模拟，对通道内熔盐温度采用一维单相流体模型进行计算。固体区域与熔盐通过熔盐通道壁面的对流换热边界建立热耦合。该模型基于平行通道压力损失相等的原则，分配堆芯内各熔盐通道的流量。通过对比RELAP5程序的计算结果，验证了模型对温度和流量分配计算的正确性。针对2 MWt 液态燃料熔盐堆的一种概念设计，分析了堆芯内三维温度分布和通道间流量分配。该模型可精确计算通道式熔盐堆堆芯内稳态温度分布和流量分配，对堆芯的热工水力学设计具有重要意义。     

200MW低温供热堆非对称运行数值研究

采用三维的计算流体力学（CFD）程序PHOENICS－3．3模拟了非对称运行条件下200MW低温供热堆内的流场及温度场,堆芯及主换热器使用多孔介质方法加以简化,结果发现,偏环运行时工质在上下腔室完全混合,不会产生偏心现象,模拟的两种运行方式差别不大,故采用两种运行方式都行。     

蒸汽发生器管板二次侧表面温度场瞬态计算

蒸汽发生器管板二次侧表面温度场瞬态分析用于得到瞬态工况下管板二次侧附近流体的温度场分布,为管板的疲劳断裂分析提供输入数据。通过对法国管板二次侧表面温度场瞬态分析软件MYRTE的研究,在掌握软件建模和分析方法基础上,采用FLUENT实现管板二次侧流体温度场的瞬态计算。通过在控制方程中添加附加的质量源项和能量源项建立了二次侧流场的计算模型。质量源项中添加通过流量分配板流失的质量;能量源项中添加通过流量分配板的焓通量和来自一次侧的释热。计算得到的二次侧流体区域速度场和温度场分布与MYRTE计算结果符合较好,二次侧流体温度从入口至管板中心处是缓慢升高的,管板中心处加热较为明显。同时绘制出二次侧流体温度随时间变化的曲线图,可以为管板的疲劳断裂分析提供输入参数。     

基于有限元分析管壳式换热器拉脱力的研究

采用有限元方法对管壳式多管程固定管板换热器在3种工况下,不同温度分布的换热管和管板的拉脱力进行了分析计算.结果表明,在多管程换热器的管束中,不同位置的换热管拉脱力存在较大的差别.对照ASME规范规定的许用值,工况3中所有换热管与管板接头的拉脱力均能满足要求,而工况1和工况2中分别有56根和22根换热管与管板接头的拉脱力超过了许用值.这些接头在介质的流动中出现振动、腐蚀等情况时,易发生破裂和泄漏.     

高温、高流速氢气在圆管内流动换热特性研究

为探究工质在核热推进反应堆冷却剂通道内的热工水力行为，基于数值计算方法，开展了圆管内高温、高流速氢气流动换热特性研究。通过与实验数据对比发现，采用压力基耦合算法、SST k-ω湍流模型以及物性模型进行高温、高流速氢气流动换热特性数值模拟是合理可行的，计算值与实验值符合较好，计算模型选择正确。在分析基础工况流场与温度场的基础上，还研究了热工参数对氢气管内流动换热特性的影响，结果表明，随质量流量的增大换热效果增强，随热流密度的增大换热效果变差。研究方法与结果可为高温、高热流密度环境下气体工质流动换热特性研究、核热推进反应堆的热工设计与仿真模拟提供参考。     

低流速工况下熔盐冷却球床流动传热的数值模拟

球床式熔盐反应堆采用熔盐冷却球床式堆芯。低流速条件下燃料球床内的熔盐流动传热特性对反应堆的设计、运行及安全分析具有重要意义。本文利用计算流体力学(CFD)方法模拟了低流速工况下的规则排布球床内熔盐的流动传热特性。计算发现,在相邻A层(或B层)之间存在流动滞止区,该区域内流体温度与燃料球表面温度均高于贯穿球床上下的低阻力区域。最后,本文基于CFD计算结果评估并修正了用于球床的Wakao传热关系式。     

基于流固耦合的铅铋回路冷却器应力分析

基于流固耦合的方法对KYLIN-II液态铅铋回路中的冷却器进行了应力分析与强度评定.首先在ANSYS Fluent中进行计算流体动力学CFD(Computational Fluid Dynamics)分析,获得了冷却器中准确的温度分布;然后将冷却器的温度以热载荷的形式导入ANSYS Mechanical软件中,并考虑流体的静压载荷,设计了两种不同工况,开展冷却器结构静力分析;最后基于JB 4732-95标准对计算结果进行应力分类和强度评定.结果表明,换热管与管壳连接处存在应力集中现象,但结构仍然满足强度要求,冷却器的结构设计方案合理、可行.     

基于流场数值模拟的ADS靶件结构的设计优化

采用通用的计算流体力学（CFD）软件PHOENICS 3．3和BFC计算网格生产技术，对加速器驱动次临界系统（ADS）靶件的流场进行数值模拟计算。结果表明：束窗下方导流板起引导流体沿束窗表面流动的作用，消除了束窗两侧下方较大的旋涡，对于改善束窗附近流体的流动结构、提高束窗表面及散裂靶的换热，效果显著。     

异径布管夹持支撑结构换热器壳侧场协同分析

针对折流杆结构换热器只有在较高壳侧流速时才能达到较高传热效率、布管不紧凑、不能很好抵抗变化工况等缺点,提出以大小两种规格换热管和夹持支撑结构代替传统的折流杆支承元件,达到提高壳侧传热系数,增加换热面积.利用CFD软件建立单元流道,对壳侧流场和传热场进行了三维数值模拟,提出了复杂结构的纵流换热器壳侧速度.温度梯度场矢量夹角的计算方法,得到了壳侧速度场和温度梯度场的场协同角的定量关联式,证实了新结构具有更好的场协同关系.     

不同运行工况下蒸汽发生器热工水力稳态特性数值研究

基于相似模化理论建立了蒸汽发生器一、二回路流体及传热管流 固耦合传热的单元管三维物理模型,对大亚湾核电厂蒸汽发生器不同工况下的热工水力稳态特性进行了数值模拟研究。采用热相变模型描述二回路汽液两相流动与换热、流-固耦合模型描述一回路冷却剂借助U型管与二回路流体换热。数值计算结果表明：满负荷运行时,传热管内壁温度变化趋势与一次侧流体基本一致,外壁温度与二次侧流体温度变化趋势相同;截面平均含汽率沿传热管高度的升高呈上升趋势,出口质量含汽率与大亚湾核电厂实际运行参数相符;随负荷降低一回路出口温度基本不变,二回路出口温度升高,质量含汽率及传热系数下降,平均传热系数与Rohsenow经验关联式的计算结果基本吻合。