蒸汽发生器U型管单相流动不稳定性分析

自然循环条件下,蒸汽发生器并联U型管束内存在单相流动不稳定性,部分U型管内存在倒流现象,对反应堆非能动安全产生负面影响。本文通过对基本守恒方程无量纲处理,采用线性扰动分析理论,获得了Ｕ型管内流动不稳定性判断准则(特征格拉晓夫数)。结果表明,当U型管格拉晓夫数高于特征格拉晓夫数时,管内流动是不稳定的,会出现倒流现象。以某型蒸汽发生器为对象,对U型管束流动不稳定性进行判断,通过与现有判别方法进行对比,验证了建立的U型管内流动不稳定性的判别方法。在此基础上,分析了蒸汽发生器一次侧流体入口密度对倒流现象的影响,发现当入口密度降低时,倒流现象更容易发生。本文结论可为蒸汽发生器优化设计提供一定的理论支持。     

基于单相可压缩模型的蒸汽发生器倒U型管内单相管间脉动特性研究

单相工况下的管间脉动现象可使蒸汽发生器倒U型管内倒流现象提前发生,从而威胁其安全性。为探索单相管间脉动特性,基于单相可压缩模型,数值研究了管道长度、一次侧入口温度和压力、二次侧温度和换热系数对单相管间脉动临界流速的影响。结果表明,当管道长度较短时,管道长度的增加会使临界流速显著增加,且倒U型管越长,临界流速越大。一次侧入口温度和压力的增加均会使临界流速增加,使单相管间脉动更易发生。二次侧换热系数的升高会使单相管间脉动对应的临界流速降低。然而二次侧温度对临界流速的影响呈现非单值性,随着二次侧温度的升高,临界流速先升高后降低。      

自然循环条件下蒸汽发生器U型传热管倒流分布特性的实验研究

在自然循环工况下蒸汽发生器一次侧入口流量为0.4~0.7 kg/s的参数范围内，开展了蒸汽发生器U型传热管倒流特性实验。针对9种不同长度的U型传热管，分别设置9个倒流监测点，获得了倒流在不同长度U型管中的分布特性。基于传热管压降实测数据和守恒原理，获得了蒸汽发生器一次侧的倒流总流量以及倒流U型管的数目。结果表明，在本实验参数范围内，约有61%的U型管发生倒流，使传热管正向流通面积减小为原来的39%。倒流同时导致正流流量增加60%，与不发生倒流的情况相比，U型管平均流速增大4.2倍。      

自然循环蒸汽发生器倒U型管内倒流现象影响因素研究

在某些自然循环工况下,蒸汽发生器部分倒U型管内存在倒流现象。基于一维Oberbeck-Boussinesq方程,建立了蒸汽发生器并联倒U型管内单相水流动传热模型,并以两种尺寸的蒸汽发生器为例进行了计算。计算结果表明,小型蒸汽发生器内短管易发生倒流,大型蒸汽发生器内长管易发生倒流;蒸汽发生器进口水温对倒流现象的发生具有重要的影响。     

不同参数对U型管式蒸汽发生器倒流影响的实验研究

在低流量强迫循环工况下,一部分U型管可能会发生流动反转的现象。通过实验研究了低流量强迫循环条件下一次侧入口温度、一回路总流速、电动调节阀阻力系数以及二次冷却水流量对U型管倒流临界点的影响。结果表明：随一次侧入口温度的增加,倒流临界流速增大;随一回路总流速的增大,倒流时U型管入口温度逐渐增大;从实验结果来看,电动调节阀阻力系数对倒流临界点的影响并不显著;随二次侧冷却水流量的增大,倒流临界流速缓慢下降。     

自然循环条件下倒U型管蒸汽发生器一次侧倒流现象关键影响因素研究

倒U型管蒸汽发生器（UTSG）在自然循环条件下存在倒流现象，影响一回路冷却剂系统载热能力及自然循环能力。本文参照芬兰压水堆热工实验装置（PWR PACTEL）中UTSG设计参数，利用计算流体力学（CFD）软件Fluent模拟流量匀速下降工况下UTSG中的倒流现象，研究一次侧运行参数、UTSG设计参数以及二次侧运行参数对于倒流现象的影响。结果表明，提高UTSG一次侧温度、一次侧运行压力、倒U型管热导率将增大UTSG的临界质量流量，使得UTSG更易发生倒流；提高UTSG二次侧给水量、二次侧温度以及倒U型管内壁粗糙度将使得UTSG临界质量流量下降，抑制倒流现象发生；而倒U型管壁厚对倒流现象几乎无影响；相较于改变二回路温度，改变一回路温度对于倒流现象的影响更为显著。本研究结果可为UTSG的参数优化提供一定参考。      

自然循环蒸汽发生器并联倒U型管流量分配计算

针对自然循环工况下蒸汽发生器部分倒U型管内存在倒流现象,通过对倒U型管内流动传热特性进行分析,获得了倒流发生的判断依据,从而编制了流量分配计算程序。采用该程序对某型蒸汽发生器并联倒U型管流量分配进行了计算,通过将结果与实验值进行对比分析,对程序可信度进行了验证,并采用该程序对蒸汽发生器并联倒U型管主要热工参数随进出口压降变化情况进行了计算分析。结果表明,倒流现象发生在短管内,倒流的发生使得蒸汽发生器一次侧净流量和单位时间输热呈阶梯下降,对反应堆安全产生较大的影响。     

蒸汽发生器内二次侧水位对倒U型管内倒流特性的影响分析

在自然循环条件下,蒸汽发生器(SG)倒U型管内的流体流动会不稳定,可造成一部分倒U型管内流体处于倒流状态。基于Boussinesq假设,建立了与SG二次侧水位有关的倒U型管内流体一维守恒控制方程,采用线性微扰理论分析SG二次侧水位对倒U型管内倒流特性的影响,并采用RELAP5/MOD3.2程序进行了数值模拟。结果表明:在一定倒U型管进口条件下,SG二次侧水位的降低使倒U型管内流动的特征压降增大,特征流量减少,稳定性参数增加,相对于正常水位时更易不稳定,倒流更易发生,长管较短管更易发生倒流。     

自然循环蒸汽发生器倒U型管内单相流体倒流特性研究

利用RELAP5/MOD3.3程序对某压水堆单相流体自然循环工况进行建模计算,给出了典型自然循环工况下蒸汽发生器(SG)倒U型传热管内正流和倒流的流最分布,分析了产生倒流现象的原因以及发生倒流的条件及判断依据.结果表明:SG倒U型管发生倒流的条件是SG出口腔压力高于入口腔压力;传热管内流体的提升压头不足以克服流动阻力压...     

低流量下蒸汽发生器一次侧流量分配研究

采用CFD方法对低流量下倒U型管式蒸汽发生器一次侧内的流动特性进行了分析研究.结果表明,在自然循环模拟试验装置的U型管结构参数条件下,倒流只发生在内层的短管内.低流量时,随单管平均流量的增大,倒流管内的流量相对减小,倒流管数量相对减少,最终倒流消失;随二次侧温度升高,倒流管内的流量也相对减小,倒流管数量相对减少.     

蒸汽发生器U型管倒流现象的数值模拟和实验研究

针对蒸汽发生器U型管倒流现象展开实验研究。基于实验数据,采用CFD方法对倒流进行模拟。结果表明:蒸汽发生器发生倒流后,进口腔室出现显著的温度分层,倒流现象降低了蒸汽发生器U型管的换热能力;发生倒流后,进出口腔室压降绝对值减小,正流管流速增大,流动阻力增大,倒流降低了系统的自然循环能力。     

基于CFD的蒸汽发生器U型管内回流现象数值分析

反应堆一回路系统在自然循环条件下，蒸汽发生器（SG）部分U型管内可能会出现回流现象，利用计算流体动力学（CFD）方法，对某非能动三代反应堆蒸汽发生器U型管内流体的流动传热特性进行数值模拟分析。选取6组不同管长的U型管，对比分析U型管内单相流体的流动传热特性。基于数值仿真结果，得出6组U型管质量流量-进出口压降曲线，并?T分析了U型管长度和一次侧进口流体温度与二次侧壁面温度温差（?T）对流体回流的影响。研究结果表明，当?T一定时，随着进出口压降的降低，长管内更容易发生回流。当U型管长度一定时，?T越小越容易发生回流。      

Experimental and numerical investigations on the reverse flow phenomena in UTSGs

Aiming at the reverse flow phenomena in the inverted U-tube steam generators (UTSGs), the experimental and numerical simulations are performed. A new method is developed to model the flow and heat transfer in the steam generator based on the system analysis code RELAP5/MOD3.3. The reverse flow phenomenon observed experimentally is simulated well by the new method. The experimental and numerical results show that the reverse flow occurs in the adjacent shorter U-tubes. For single U-tube, the mass flow rate of reverse flow is generally greater than that of normal flow U-tube. When the reverse flow occurs, the negative pressure drop between the inlet and outlet plenums and the heat transfer of the UTSG reduce significantly. The numerical simulations also show that the reverse flow occurs more easily in UTSGs with the bigger tube length ratio.     

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。     

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。