CPR1000蒸汽发生器排污结构设计优化

对中国改进型百万千瓦级压水堆(CPR1000)蒸汽发生器(SG)排污结构进行优化。通过取消排污管及阻挡块,改为在管板上直接开排污孔,提高管廊区域的可达性,便于管板二次侧上表面的检查和泥渣冲洗。应用SG热工水力分析专用软件GENEPI,对比分析优化前后的热工水力特性。结果表明:与原设计方案相比,优化后SG热工水力性能满足设计要求,虽然管板二次侧上表面流场分布发生变化,导致发生泥渣沉积的传热管数量增加,但结构优化后有利于泥渣冲洗,提高冲洗效果。分析结果从理论上证明了优化的可行性。     

蒸汽发生器柔性泥渣冲洗枪研制

蒸汽发生器(SG)二次侧管板表面堆积的泥渣会随运行时间的增加而变硬,使传热管受到腐蚀和挤压,导致传热管破裂。为了直接对硬泥渣堆积层进行冲洗,研制了一种SG柔性泥渣冲洗枪。本文阐述了SG柔性泥渣冲洗枪的结构、原理、主要技术指标及技术难点。应用结果表明,研制的SG柔性泥渣冲洗枪满足SG柔性冲洗的要求,冲洗效果显著。     

ACME台架蒸汽发生器传热特性数值模拟

以ACME台架的蒸汽发生器（SG）为研究对象,SG二次侧选用两流体模型,采用计算流体力学软件CFX对ACME台架的SG进行了整体直接模拟。针对稳定试验工况进行了计算,得到了SG一、二次侧的温度分布,二次侧空泡份额分布及传热管的壁温等参数沿U型管高度方向的变化,获得了二次侧较详细的流动和传热特性。计算结果表明,从第2道折流板开始,折流板底部已积聚了部分气泡,随高度的增加,折流板底部积聚的气泡越多,在弯管区附近及以上区域,已全部变为蒸汽。本文计算结果与试验结果符合较好。     

蒸汽发生器管束区泥渣沉积特性研究

泥渣颗粒在蒸汽发生器(SG)管束区的沉积是传热管发生腐蚀的主要原因。本文通过数值模拟来研究泥渣颗粒在SG管束区的沉积特性以及不同粒径的泥渣颗粒在管束区不同位置的沉积特性。研究表明:低流速和回流是泥渣颗粒在管束区滞留的主要原因;当颗粒粒径较大时,泥渣颗粒在底板、流量分配板和支撑板上的沉积较为分散;随着粒径的减小,泥渣颗粒在底板上向中心处沉积,在流量分配板上向筒体处沉积,在支撑板上向中心处沉积。     

进出口阻力对倒U型管束内倒流特性的影响分析

蒸汽发生器（SG）倒U型管束内倒流问题增大了自然循环条件下SG的流动阻力，降低了系统自然循环能力，对反应堆安全产生了负面影响。针对上述问题，以船用SG为研究对象，分别采用理论分析和计算流体动力学（CFD）数值模拟方法，通过修圆并联倒U型管束内管板开孔，研究了采用改进方案前后管板的流量分配和倒流特性。结果表明，通过修圆短管管板开孔，在自然循环工况下能有效降低SG流动阻力，增大短管的流量分配，从而降低倒流临界流量，延缓倒流现象的发生。研究结论为SG倒U型管束内倒流问题提供了一种可行的解决方案，可以为解决倒流问题研究提供支持。      

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。     

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。     

核电厂蒸汽发生器支撑的力学计算与评价

某核电厂蒸汽发生器(SG)横向支撑采用标准化设计,支撑的形式比较复杂,有板壳型支撑件、线型支撑件,同时还使用了螺栓连接件和焊接接头等,导致其力学计算和评价比较复杂。借助有限元分析软件对D级工况条件下该核电厂SG上部横向支撑和下部横向支撑做了力学计算,并利用ASME第Ⅲ卷NF篇和附录F对各种形式的部件进行了评价。提出了在对SG支撑进行力学计算和评价中需要重点关注的问题。     

核电高效紧凑新型蒸汽发生器设计研究

为了适应三代核电机组进一步提质增效的发展需求,在确保安全性的基础上,采用更加先进的技术、同时兼顾设计及制造技术的成熟性,研究设计了一款经济性更好、技术性能更先进的高效紧凑新型蒸汽发生器（ZH-J60型SG）。ZH-J60型SG设置了轴流式预热器和泥渣收集器,并改进设计了小型双级叶片汽水分离器。计算和分析表明,ZH-J60型SG提高了SG自然循环倍率,提升了整机功率重量比、出口蒸汽品质和运行可靠性,完全满足并在部分关键参数上超过第三代压水堆核电厂SG的水平。      

CPR1000蒸汽发生器二次侧三维稳态热工水力分析

采用三维稳态分析软件GENEPI,对CPR1000蒸汽发生器二次侧管束区进行了热工水力计算,利用多孔介质及局部阻力系数来表征传热管及各几何部件的复杂结构和压降影响,得到了二次侧管束区流场、温度场等的分布情况。计算结果表明:管束区最大干度为0.3;将典型传热管的动能数据提供给流致振动软件进行计算分析,结果显示在本工况下,传热管的流致振动在可接受范围内;对管板附近的流场及温度场进行分析,预测了此模型及工况下的泥渣沉积区域,为排污管的设计提供了输入数据。计算结果验证了CPR1000蒸汽发生器二次侧管束区设计的合理性。     

基于流热固耦合的U型管式熔盐换热器温度场与应力场分析

熔盐换热器因其系统压力低、运行稳定以及经济性能好等特点在太阳能、核能和高温制氢等领域得到广泛应用。由于熔盐运行温度高，冷热流体温差大，导致熔盐换热器主要部件中产生的热应力不可忽略。本文采用流热固耦合方法分析U型管式换热器的温度场与应力场，首先运用计算流体力学（Computational Fluid Dynamics,CFD）分析获取了换热器主要热性能参数，并与实验结果进行对比，最大偏差约3.07%，验证了CFD流体仿真结果的准确性。在此基础上，对熔盐管壳式换热器运行工况下的传热过程进行了详细分析，获得换热器流场和温度场。最后，通过Ansys workbench有限元软件计算得到由流场、压力场和温度场耦合产生的应力场，并着重分析了与换热管及壳体相连接的管板的应力分布，给出了管板最高应力值及某些路径的应力变化规律。结果表明：应力较大的部位发生在管板的布管区与非布管的连接区域，位于近壳侧的换热管内壁处，距离管板下端面约2 mm的位置。可为熔盐换热器实际运行和结构设计提供重要参考。     

同位素生产专用设备中气流输运部件内、外流场特性研究

为了研究同位素生产专用设备内部气流输运部件内、外流流场条件,从而计算出专用设备内部气流输运部件（也称为变直径管）能耗,开展了气流输运部件内部、外部流场特性的数值模拟和风洞试验研究。首先采用压力修正的方法对气流输运部件内部流场进行了数值计算,得到了气流输运部件内部气流的速度分布和压力分布云图,发现在其变径区域气流速度发生较大变化,同时与壁面发生作用。气流输运部件设计了变径部分后,整体能耗减小约30%~50%。同时在高超声速风洞中采用瞬态纹影和粒子图像测速（PIV）试验技术对气流输运部件的外部激波、涡结构、速度分布开展了流动显示和定量测量分析,实验结果显示,气流输运部件的头部激波为典型的曲线激波,对气流输运部件头部进行切角处理,在目前研究范围内,激波形式不会发生大的变化,但其附近产生的涡结构形态会发生较大变化,涡量明显减小,且涡结构更加贴近壁面。代入测得速度分布计算,进行头部切角处理后,气流输运部件的能耗较不进行切角处理时减小15%~20%,可以在专用设备中使用。     

核电蒸汽发生器接管嘴外表面裂纹应力强度因子计算

核电蒸汽发生器（SG）接管嘴处由于其结构的特殊性,易在制造及服役过程中产生缺陷。为评价该处缺陷的安全性,需要工程可用的应力强度因子解。本文以核电SG接管嘴外表面裂纹为研究对象,采用有限元方法（FEM）及RSE-M规范计算获得了不同方向及尺寸裂纹在内压、弯矩和温度载荷下的等效应力强度因子值,并分析了不同载荷作用下等效应力强度因子在裂纹前沿的分布规律。将计算结果与RSE-M规范的直管应力强度因子解进行比较,发现RSE-M规范的直管应力强度因子计算方法可保守地应用于SG接管嘴处裂纹,并且随着裂纹深度的增加保守度增大。为实现SG接管嘴处缺陷安全的准确评价,基于有限元计算和RSE-M影响系数法给出了适用于SG接管嘴外表面裂纹的应力强度因子计算方法,该方法可以为SG的设计与维护提供指导。      

蒸汽发生器二次侧清洁度检查的现场经验(英文)

介绍了大亚湾核电站蒸汽发生器二次侧所采用的机械清洗方法与电视检查技术。其目的是防止蒸汽发生器中杂质沉积以及外来物导致传热管的损伤。利用泥渣枪从中间管廊将高压水流射入管束内,由水流机械能粉碎泥渣层,携带着碎渣的水流经外环廊吸出。清洗前的电视检查包括外环廊、中间管廊及其邻近区的清洁度检查和外来物的取出;清洗后的电视检查,包括外环廊、中间管廊及其邻近区、管间的清洁度检查和外来物的取出。电视检查后,需由反映检查过程的录像带来验证和确认检查过程的质量状况。不允许存在漏检、图像不清晰和遗留下能取出的外来物等情况发生。电视检查不仅要提供管板上表面的清洁度状况,而且还必须根据合格标准得出清洁度结论。因此,制订适用于运行后各阶段的清洁度合格标准是重要的。现场实践指出,清洗后,尽管在泥渣堆积区内仍残留有硬渣,并且局部区域的残留高度已超过5mm,但整个管板上残留泥渣较少,只要在换料期间对蒸汽发生器进行清洗,可以延缓残留高度的增长速率。     

蒸汽发生器换热管流量分配及其对核主泵入口流场的影响

为研究蒸汽发生器（SG）换热管流量分配及其对反应堆冷却剂泵（RCP）入口流场的影响,进行了蒸汽发生器的缩尺模型冷态实验,并以实验获得的数据为SG下封头的入流条件,对SG下封头进行数值建模,并采用计算流体力学（CFD）方法对其进行了三维流场计算。结果表明:SG换热管存在较严重的流量分配不均,SG入口管会对其所正对部分的换热管的流量分配产生较大影响,使该部分流量增大,即形成高速区,而高速区周围会形成相对的低速区甚至回流区;在小流量时,换热管的沿程损失将对换热管的流量分配起主导作用;SG换热管内的不均匀流量分配会使SG出口管处的轴向速度更加紊乱,即在核主泵入口产生更加严重的入流畸变。      

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     

一体化反应堆非能动余热排出系统中的两相自然循环与传热

在整体事故模拟试验（VISTA）装置上进行了一体化反应堆非能动余热排出系统（PRHRS）的热工水力和自然循环特性研究,将试验研究结果与最佳估算系统分析程序SMART的计算结果进行了比较。VISTA装置由一次系统、二次系统和PRHRS组成,模拟了设计验证程序SMART。试验结果表明：在PRHRS回路中的流体非常稳定。当热交换器淹没在应急冷却水箱（ECT）水中时,PRHRS热交换器能很好地完成其功能,排出来自一次冷却回路侧蒸汽发生器的热量。随着PRHRS的运行,衰变热和焓热从一回路充分地排出。SMART程序预测的在PRHRS中的自然循环特性相当好。从计算结果可以看出,PRHRS热交换器通过冷凝传热可以排出来自一次系统的大多数热量。     

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。      

承压热冲击下AP1000压力容器直接安注瞬态数值模拟研究

基于计算流体动力学(CFD)分析方法,采用流固共轭传热方式,对非能动堆芯冷却系统(PXS)的堆芯补水箱(CMT)热态功能试验、CMT注入同时自动减压系统(ADS)动作、蓄压安注箱(ACC)安注后CMT再注入以及常规余热排出系统运行等4种工况下反应堆压力容器(RPV)环腔内流动传热状态进行瞬态数值模拟,研究RPV壁面温度瞬态变化以及环腔下降段内流体的混合特性。结果表明:4种工况下直接安注(DVI)接管管嘴与RPV内壁面相交斜面处冷却水混合剧烈,冷段是否有流体注入环腔对其内流体温度分布变化影响巨大,且DVI接管管嘴局部区域将发生较大的温度变化。     

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。