螺旋管式直流蒸汽发生器热工水力分析模型

基于混合流模型的质量、动量和能量守恒方程,采用可移动边界法建立了压水堆螺旋管式直流蒸汽发生器的稳态和动态分析模型。模型将二次侧传热区域分为预热段、蒸发段和过热段,且考虑了缺液区传热。通过对国际革新与安全反应堆(IRIS)螺旋管式直流蒸汽发生器的模拟,对模型进行了验证。结果表明,本文所建立的稳态和动态模型合理,稳态计算结果与设计值符合良好,动态仿真符合热工水力学及其定性机理分析结果。     

蒸汽发生器二次侧两相流传热特性数值研究

以AP1000核电站蒸汽发生器为原型,建立蒸汽发生器二次侧"平均通道"模型,利用计算流体动力学软件ANSYS CFX,基于相界面模型对蒸汽发生器二次侧两相流流动和沸腾换热过程进行研究。结果表明:数值模拟计算方法能准确模拟蒸汽发生器二次侧汽液两相流沸腾和传热过程;满负荷运行时,流体由预热区经过泡核沸腾区过渡到稳定沸腾区,含汽率和传热系数沿流动方向逐渐增大,出口含汽率与该型号蒸汽发生器设计值符合较好,平均传热系数的模拟结果和JensLottes经验关联式的预测值基本一致。     

基于漂移流模型的蒸汽发生器稳态热工水力分析

为研究蒸汽发生器的稳态热工水力特性,建立了四方程漂移流模型,并开发了一维计算程序。对蒸汽发生器U型管管束空间考虑为由一次侧通道、二次侧通道和传热管构成,对一次侧通道和二次侧通道的过冷段采用单相流模型,二次侧通道的沸腾段采用四方程漂移流模型,建立基于交错网格的一阶迎风差分方程,通过热平衡-自然循环压降的交叉迭代计算得到稳态热工水力参数。利用程序计算了秦山300 MW核电厂100%、75%、50%、30%、15%功率稳定运行工况下的热工水力特性,并与RELAP5的计算结果进行比较,两组结果一致性较好。     

蒸汽发生器传热管束过冷沸腾区两相流动数值模拟

基于两流体欧拉数学模型结合RPI壁面沸腾模型,利用大型商用CFD软件ANSYS CFX 12.0对蒸汽发生器传热管束过冷沸腾区一次侧、壁面和二次侧耦合传热过程进行了数值模拟。研究了三叶梅花孔支撑板和不同入口过冷度条件下蒸汽发生器传热管束内的流动沸腾现象,得到一、二次侧流场与温度场,二次侧空泡份额分布,支撑板梅花孔局部的流动状况及不同入口过冷度对蒸汽发生器热工水力特性的影响。数值模拟结果表明,三叶梅花孔支撑板的存在及不同入口过冷度对蒸汽发生器传热管束过冷沸腾区域的热工水力特性影响显著。     

带螺旋缠绕管的双面加热管套管直流蒸汽发生器稳态换热研究

介绍了一种新型的内管为螺旋管的管套管式双面加热直流蒸汽发生器.为编写稳态换热分析程序建立了一种固定二次侧焓值边界计算模型.该模型依据二次侧流体相的变化,将蒸汽发生器划分为三个分区:单相液区、两相区和单相汽区.程序的计算结果与文献中实验结果吻合较好,并从计算结果分析得出了该蒸汽发生器的一些结构参数对换热效果的影响规律.     

蒸汽发生器二次侧汽液两相流数值模拟

以大亚湾核电站蒸汽发生器为原型,在相似原理的指导下,建立了蒸汽发生器“单元管”三维物理模型,采用Particle模型和热力学相变模型,并基于CFX软件实现了蒸汽发生器二回路侧两相流流动与沸腾换热特性数值模拟。计算结果表明：满负荷运行时,沿传热管高度升高,蒸汽发生器的传热系数及截面含汽率均呈上升趋势,其平均传热系数的数值模拟结果与Rohsenow经验关联式计算结果间的误差为8.4%,出口质量含汽率与大亚湾核电站实际运行参数相符。热相变模型在蒸汽发生器两相流数值模拟中的成功应用,可为蒸汽发生器热工水力的准确分析提供参考。     

直流蒸汽发生器动态特性与小破口故障仿真研究

以B&W直流蒸汽发生器为对象,基于过程仿真软件（APROS）支撑平台中的基本模块,建立了图形化的直流蒸汽发生器仿真模型。对模型进行变工况下的稳态和动态仿真,由结果可知,一次侧入口焓值与二次侧出口压力对稳态特性影响最大,一次侧入口温度对动态特性影响最大。进一步研究直流蒸汽发生器发生换热管破裂事故时,破口位置和破裂程度对其运行特性的影响。结果表明,破口发生位置接近一次侧入口时,对直流蒸汽发生器运行影响最大;换热管破裂对直流蒸汽发生器运行特性的影响随着破裂程度的增加而增大。      

HTR-10蒸汽发生器的建模及分析

为开发适用于球床模块式高温气冷堆HTR-10的模拟机,采用一体化仿真支撑平台vPower建立了蒸汽发生器的实时热工水力模型。模型以传热方程为基础求解两侧工质及金属管壁的温度和焓,以流体网络为基础求解两侧工质的压力和流量。本文讨论了3种节点划分方案,针对不同节点划分方案的适用范围提出了建议并采用96节点划分方案进行后续研究。此外,通过分析确认了模型在稳态工况下主要参数和分布参数的准确性和合理性,并在100%功率稳态工况的基础上模拟了氦气侧流量阶跃的场景,分析了模型中主要参数的变化过程。动态仿真结果表明,氦气流量阶跃会引起一、二次侧参数不同程度的变化,变化幅度与阶跃程度呈正比,且金属管壁和水侧热容、二次侧参数变化速率相对缓慢,模型再平衡时间较短,表明HTR-10采用的螺旋管式直流蒸汽发生器的热惯性相对较小。     

HTR-10蒸汽发生器的建模及分析

为开发适用于球床模块式高温气冷堆HTR-10的模拟机,采用一体化仿真支撑平台vPower建立了蒸汽发生器的实时热工水力模型。模型以传热方程为基础求解两侧工质及金属管壁的温度和焓,以流体网络为基础求解两侧工质的压力和流量。本文讨论了3种节点划分方案,针对不同节点划分方案的适用范围提出了建议并采用96节点划分方案进行后续研究。此外,通过分析确认了模型在稳态工况下主要参数和分布参数的准确性和合理性,并在100%功率稳态工况的基础上模拟了氦气侧流量阶跃的场景,分析了模型中主要参数的变化过程。动态仿真结果表明,氦气流量阶跃会引起一、二次侧参数不同程度的变化,变化幅度与阶跃程度呈正比,且金属管壁和水侧热容、二次侧参数变化速率相对缓慢,模型再平衡时间较短,表明HTR-10采用的螺旋管式直流蒸汽发生器的热惯性相对较小。     

气溶胶模型对安全壳旁路释放类事故源项的影响

本文开发了针对蒸汽发生器(SG)二次侧复杂流道结构的气溶胶沉积模型,并移植在核电厂一体化严重事故分析程序中。并以600 MW压水堆核电厂为研究对象,基于原模型与新开发的SG二次侧气溶胶沉积模型,对蒸汽发生器传热管破裂事故(SGTR)源项进行了计算,并对新模型对安全壳旁路释放类的影响进行了分析。结果表明,采用新的二次侧气溶胶沉积模型后将会有更多的气溶胶沉积在SG二次侧,新开发的SG二次侧气溶胶沉积模型导致安全壳旁路释放类中对环境释放份额减少26.6%~71.1%。     

Analysis of Reverse Flow in Inverted U-Tubes of Steam Generator under Natural Circulation Condition

In this paper, we report on the analysis of reverse flow in inverted U-tubes of a steam generator under natural circulation condition. The mechanism of reverse flow in inverted U-tubes of the steam generator with natural circulation is graphically analyzed by using the full-range characteristic curve of parallel U-tubes. The mathematical model and numerical calculation method for analyzing the reverse flow in inverted U-tubes of the steam generator with natural circulation have been developed. The reverse flow in an inverted U-tube steam generator of a simulated pressurized water reactor with natural circulation is analyzed. Through the calculation, the mass flow rates of normal and reverse flows in individual U-tubes are obtained. The predicted sharp drop of the fluid temperature in the inlet plenum of the steam generator due to reverse flow agrees very well with the experimental data. This indicates that the developed mathematical model and solution method can be used to correctly predict the reverse flow in the inverted U-tubes of the steam generator with natural circulation. The obtained results also show that in the analysis of natural circulation flow in the primary circuit, the reverse flow in the inverted U-tubes of the steam generator must be taken into account.     

压水堆管道小破口蒸汽临界流泄漏实验研究

为探究压水堆核电厂小破口失水事故中管道小破口蒸汽临界流泄漏特性,开展了管道小破口泄漏实验,以探索饱和/过热蒸汽临界流泄漏特性。基于压力管道疲劳贯穿裂纹（微通道）,开展了流体压力3～12 MPa、流体温度240℃～320℃范围内的蒸汽临界流泄漏实验。实验结果表明,蒸汽临界质量流速与初始流体压力呈正相关关系,与初始流体过热度呈负相关关系。与过冷水临界流泄漏相比,蒸汽临界质量流速受入口压力损失、摩擦效应与加速效应的影响相对较弱。利用一维等熵模型预测了蒸汽临界质量流速,预测值与实验值平均相对偏差为14.17%,表明一维等熵模型具有良好的蒸汽临界质量流速预测精度。     

套管式双面加热蒸汽发生器的热工水力分析

为研究套管式双面加热蒸汽发生器在稳态和瞬态过程中的热工水力特性，建立了描述蒸汽发生器物理现象的一维均匀流数学模型。应用该模型，开发了可计算稳态和瞬态工况下一回路和二回路冷却剂温度场、焓场的直流蒸汽发生器热工水力程序。计算结果对直流蒸汽发生器结构设计、运行具有指导意义。      

蒸汽发生器一维均相流模型及其换热性能

以大亚湾核电站蒸汽发生器为原型,在合理假设基础上,分别以一回路流体、二回路流体及U形管内、外壁为研究对象,建立了蒸汽发生器一维均相流模型。采用Jacobi迭代法编制了基于MATLAB的仿真程序,对蒸汽发生器不同工况下的稳态换热性能进行计算,得出各流程关键参数的变化规律,计算结果与大亚湾核电站实际运行数据相吻合。计算结果揭示了蒸汽发生器的内在传热规律,可为蒸汽发生器优化设计提供一定的理论依据。     

旋叶汽水分离器试验和数值模拟研究

针对旋叶汽水分离器的缩比模型展开空气-水冷态试验性能分析和数值模拟研究。试验表明：分离效率主要受水流量的影响,随水流量的增大呈逐渐上升的趋势,当水流量增大到0.3 m³/h后增加趋势逐渐减缓进而出现下降的趋势。压降对空气流量变化敏感,随空气流量的增大显著上升。进一步建立旋叶分离器CFD数值分析模型,采用欧拉两流体模型,气相为连续相,液相为离散相,并使用雷诺应力RSM方法求解湍流应力。计算分析了液滴粒径对分离特性的影响,结果表明,液滴粒径分布对分离效率有显著影响,微小粒径液滴的存在显著降低了气液分离效率。     

蒸汽发生器二次侧^16N迁移时间的计算模型

用测量蒸汽中＾１６Ｎ的放射性活度来监测蒸汽发生器传热管的泄漏，是一项新的技术，该监测系统确定泄漏率的一个重要参数是＾１６Ｎ在蒸汽发生器二次侧的迁移时间，本文认为＾１６Ｎ泄漏工质是以汽相形成随二次测工质运动，根据蒸汽发生器二次侧工质的流动特点，将迁移的时间分成四段计算，并重点提出了管束区汽相运动的速度分布计算模型，用本文模型对秦山核电厂蒸汽发生器的＾１６Ｎ迁移时间进行了计算，并与法国电力公司的计算结     

螺旋管式直流蒸汽发生器的准稳态数学模型

为了满足模拟机实时仿真核电站一、二回路工况的需要,根据流体的质量、动量和能量守恒原理,建立了适合模拟机要求的螺旋管式直流蒸汽发生器的准稳态数学模型.该模型将蒸汽发生器作为单管模型处理,并根据水的状态将蒸汽发生器分为单相水段、两相段和过热段三大段,每大段又细分若干小段.该数学模型方程采用变步长四阶龙格库塔法联立求解一、二...     

A lumped parameter dynamic model of the helical coiled once-through steam generator with movable boundaries

A lumped parameter mathematical model of the helical coiled once-through steam generator of the 10 MW high-temperature gas-cooled reactor (HTR-10) is developed based upon the fundamental conservation of fluid mass, energy, and momentum. The steam generator is handled with single tube concept and is divided into three regions as subcooled region, boiling region, and superheater region. And these regions have movable boundaries to simulate the change of the region lengths. A lot of numerical experiments are investigated using the developed model. The steady-state simulation results agree well with the design data. The transient simulation results show that the model can properly predict the steam generator dynamics.     

基于节点法的轴流式预热蒸汽发生器稳态热工水力分析

基于一维流动假设、传热假设和两相热平衡假设等,采用集总参数法和分布参数法相结合,建立了轴流式预热蒸汽发生器的一维稳态热工水力分析模型。采用C++语言编程,将计算结果与某典型轴流式预热蒸汽发生器热工水力参数的设计值进行对比,结果表明大部分总体参数计算结果的相对误差都在3%以内,验证了模型的合理性;蒸汽发生器中温度、空泡份额、压力等参数沿一次测流体流动方向的变化趋势,符合热工水力学及定性机理分析结果,说明所建立的模型和求解方法能够较准确预测轴流式预热蒸汽发生器稳态热工水力参数分布。