基于液滴碰撞模型的AP1000波形板汽-水分离器性能及结构优化研究

基于已有的液滴碰撞模型,采用数值模拟方法研究了AP1000波形板汽-水分离器的分离性能,通过优化波形板内部结构得到了具有高效低阻特点的波形板。首先采用液滴碰撞模型对波形板内液滴行为进行数学描述,然后对模型进行了数值求解。随后通过模拟液滴在波形板内的运动和碰撞等行为,得到了波形板对含有不同直径液滴、不同入口液滴体积份额的湿饱和蒸汽来流的分离性能与其内部湿度分布。进而通过对波形板结构的改造设计,达到了提高分离效率、降低流动阻力的目的。本文所采用的数值模拟方法对AP1000波形板汽-水分离器的性能优化有着实际的指导意义。     

波形板汽水分离器内分离效率的影响因素分析

基于壁面液膜模型,进行无钩波形板汽水分离器内液膜生成情况的三维数值模拟,模拟中采用Realizable k-ε模型和壁面液膜模型对波形板内的气相和液相进行数值模拟计算,根据模拟结果分析波形板内的分离效率。研究结果表明：在不改变波形板的结构和不考虑二次携带的前提下,随进口速度或液滴直径的增加,壁面形成液膜面积和高度增加,分离效率也随之提高。当进口速度和液滴直径一定时,液膜高度和面积随蒸汽湿度的增加呈先增加后减小的趋势,当湿度达到10%时,液膜高度和面积达到最大,分离效率最佳。     

双钩波形板汽水分离器疏水钩优化研究

为提高双钩波形板汽水分离器的分离性能，采用计算流体力学方法建立波形板内的两相流动模型，并对不同结构疏水钩的波形板汽水分离器进行研究。通过数值计算得到了波形板内的速度云图和液滴运动轨迹，并分析了不同进口速度下疏水钩结构对压降和分离效率的影响。结果表明：大部分液滴在前两级通道被分离，进口速度为0.922 m/s时其质量份额可超过50%；疏水钩通过影响流场的局部流速和湍流强度进而影响压降和分离效率，疏水钩对液滴的直接拦截作用有利于提高分离效率。综合考虑分离效率和压力损失获得了综合性能良好的双钩波形板汽水分离器结构型式。     

波形板汽水分离器的机理研究

在计算波形板内流场的基础上,对波形板内液粒的运动轨迹和分离效率进行了数值计算,将计算结果与试验结果进行了比较。讨论了波形板汽水分离器的结构参数对工作性能的影响。     

液滴模型在波形板汽水分离器中的应用

基于液滴运动的物理描述和机理研究,根据液滴在蒸汽流场中的受力及液滴的物性,对液滴的物理状态进行了描述,将单液滴的三维运动模型应用于波形板汽水分离器,对波形板内部蒸汽流场进行了数值模拟,结合单液滴模型程序计算了液滴在波形板内部蒸汽流场中的运动。探讨了液滴在波形板汽水分离器中的分离。     

单钩波形板分离器内二次携带机理分析

通过理论分析与三维数值模拟研究了实际运行工况下单钩波形板分离器内二次携带机理。采用Realizable k-ε湍流模型对波形板内气相流场进行数值模拟,利用离散相模型结合涡交互模型对水滴运动进行计算,根据壁面水膜运动方程求解水膜的速度与厚度分布;依据理论分析,对可能形成二次水滴的4种方式进行判定。结果表明：波形板内发生气体动力造成的水滴破碎与水滴撞击水膜产生飞溅的可能性较低,但较冷态工况的可能性高;水膜主要集中在波形板的前两级,随入口蒸汽速度或湿度的增加,水膜增厚并向下游移动;将水膜剥落和水膜分离的判别式进行统一,并证实波形板二次携带主要由水膜的剥落和分离造成,且相较水膜剥落,钩峰处的水膜分离更易发生。     

两级旋风式汽水分离器的分离性能研究

在研究国内外相关资料的基础上,设计了一种两级旋风分离器结构并针对该结构的分离性能进行了详细的数值模拟研究:依据两级旋风式汽水分离器的结构建立计算分析模型,采用数值模拟分析计算了汽水分离器的分离性能,研究不同入口速度、不同湿度对分离器分离特性的影响,搭建了气-水冷态试验回路对模型进行了验证。分析结果表明数值模拟计算结果与冷态试验结果趋势一致,分离效率计算结果偏差小;设计工况中,分离器总体分离效率优于99.5%;一级分离器适用于粗分离,其分离效率随入口湿度和速度的增大而减小;二级分离器适用于小液滴分离,其分离效率与入口速度呈正相关,与入口湿度呈非线性关系。      

基于大涡模拟的波形板汽水分离器数值研究

采用Lagrange-Euler方法对波形板汽水分离器内离散气-液两相流动进行了数值模拟研究。对于连续相,使用大涡模拟(LES)湍流模型替代常见的雷诺平均模型(RANS)进行数值模拟。大涡模拟方法将湍流分为大、小两种尺度,大尺度涡采用直接数值求解,只对小尺度湍流脉动建立模型。此方法不仅可给出更准确的分离效率等整体性能,同时可得到流动的瞬态细节和湍流脉动对液滴的影响,进而获得更为准确可信的液滴轨迹。计算结果表明,大涡模拟得到的结果同实验结果符合良好;与雷诺平均模型相比,大涡模拟可为汽水分离器的机理研究和优化设计提供更基础的模型。     

基于二次携带现象的带钩波形板干燥器的计算分析

带钩波形板干燥器内的二次携带现象对其分离性能有重要影响.对波形板内二次液滴的来源进行了分析,采用Fluent计算软件,计算了带钩波形板干燥器的分离效率,并将理论计算结果与实验数据进行比较.结果表明,存在二次携带情况时,双钩波形板分离效率最优.     

波形板分离器中液滴轨迹的数值模拟

采用单颗粒动力学模型及自行研制的计算机程序对波形板汽水分离器中液滴的运动轨迹进行了数值模拟计算。通过对波形板中液滴轨迹的数值模拟可以为优化波形板结构提供理论依据。     

气体离心机贫料挡板结构参数优化的数值研究

采用有限差分方法离散线性化的Navier-Stokes方程组,并用追赶法求解线性代数方程组,得到了离心机内部流场分布。采用改进的径向平均法求解丰度方程,得到单机分离功率的数值结果。以分离功率为目标函数,选用序列二次规划算法,结合iSight软件的优化功能对离心机贫料挡板的结构参数进行优化计算。计算结果表明：针对特定离心机模型,贫料挡板结构参数优化后可以改善内部环流,提高分离功率3.93%;离心机内部流场对挡板结构参数的变化响应敏感,其机理复杂,有待深入研究。     

Experimental Analysis on Mitigation of Thermal Stratification in the Suppression Pool of a Water Wall Type Passive Containment Cooling System

A water wall type passive containment cooling system with an outer pool surrounding the suppression pool is one passive containment cooling system. In the system, a baffle plate in the suppression pool mitigates thermal stratification formed at the vent tube outlet level and enlarges the heat transfer area. The effectiveness of the baffle plate in mitigating thermal stratification was experimentally confirmed; the heat transferred to the outer pool increased about 50% due to a larger high temperature region and a longer effective heat transfer length. The experimental analysis was performed using a three-dimensional thermal-hydraulic analysis program. In the analysis, a laminar flow model and slip conditions on structural walls were used, and the calculated temperature profiles and natural circulation flow rates along the baffle plate agreed with measurements. The model was then judged as a valid and practical tool to evaluate global natural circulation and temperature distributions in a large pool. And it was analytically corn- firmed that the thermal resistance of the PCV wall and the heat flux to the outer pool affected the performance of the baffle plate.     

蒸汽发生器流量分配板及横向流局部压力损失系数计算

为计算得到蒸汽发生器流量分配板及横向流的局部压力损失系数,应用三维稳态热工水力软件GENEPI,在无重力、单相条件下,对管束区入口到第2块管子支撑板下游进行三维流场模拟,计算得到了给定出口压力下入口静压,进而求出进出口压降,并通过沿程摩擦以及局部压力损失关系式等,减去两块管子支撑板的压力损失及沿程阻力,推导求出蒸汽发生器流量分配板及横向流的局部压力损失系数。为验证方法的正确性及可行性,以CPR1000-SG和EPR-SG为对象,计算这两个型号蒸汽发生器流量分配板及横向流的局部压力损失系数,并将计算结果与国外经验系数进行对比,结果表明:计算结果与国外经验系数接近,误差在可接受范围内。     

气体离心机非线性流场计算与分离性能研究

为更好地分析挡板与取料器对分离性能的影响,计算并分析离心机内部非线性流场非常必要。本文使用有限差分法对离心机内部强旋流场进行计算,采用参数优化的下降牛顿法求解非线性稳态Navier-Stokes流体方程组,计算模型为Iguassu模型。得到离心机流场结果后,用非线性丰度方程组数值求解来分析离心机的分离性能。驱动参数对分离性能的影响分析及线性与非线性解的比较再次表明了非线性流场计算的必要性。从贫料挡板附近内部流场能明显看出线性解与非线性解的区别,而这也造成了分离性能的差距。     

基于CFD的汽水分离再热器分析计算研究

通过三维数值模拟研究了实际运行工况下汽水分离再热器（MSR）内部流场细节,并对比了2种不同孔板开孔方式对波形板前气流均匀性的影响。采用标准k-ε湍流模型结合标准壁面函数对MSR内部进行了CFD气相流场三维模拟,其中孔板、波形板和管束采用多孔介质模型,通过UDF调整孔板开孔率,防冲板简化为多孔跃升边界。结果表明：分析计算结果与空气动力学试验结果数据绝对值或数据增减幅度较好符合;在保持平均开孔率与均匀开孔相同的基础上,非均匀开孔的波形板前气流速度更为均匀;蒸汽通过孔板和分离器的总压降不大于14 kPa,满足分离装置的压损设计要求,其中蒸汽的再热器管束的压降占整个流线压降的比例较大。     

NHR—200堆芯旁通区三维流动传热数值分析

应用三维CFD软件PHOENICS－3．2,计算了200MW低温供热堆（NHR－200）堆芯旁通区及上腔室的流场和温场。分析了在堆芯与围板间的乏燃料存放区上端不同档板布置方案下的流场和温场,并考虑了旁通流量的影响。自然对流对流场和温场的影响不大,不会改变主流方向。在计算区域内,除主流外,还有由堆芯旁通区的下部流通面积突扩造成的一回流区及上腔室堆芯出口流通面积突扩和自然对流而形成的一大回流区。加挡板可阻挡上部大回流区对堆芯旁通区的影响,降低堆芯旁通区流体温度的变化。     

非能动余热排出系统换热器管外流动组织及其对换热能力影响分析

对非能动余热排出系统的换热器管外对流换热进行数值分析,比较组织流道和不组织流道时换热器管束外部的流动分布的差异和换热能力的大小,数值计算结果表明,组织流道可优化换热器管外的流动,提高换热器的换热能力。比较分析无流道、有流道和流道出现缝隙对换热能力、阻力和出口温度等的影响。分析结果表明,组织流道会使换热能力增加约20%,阻力增加约1倍;当流道出现缝隙时,单缝隙对换热器的换热能力影响不大,多缝隙会损失一部分换热量。     

蒸汽发生器一级汽水分离器内流场数值模拟

以压水堆核电厂蒸汽发生器一级汽水分离器为研究对象，采用基于计算流体动力学（CFD）的计算软件ANSYS Fluent对湿蒸汽进入汽水分离器后的流场特性和汽水分离性能进行模拟，在模拟过程中采用了欧拉多相流模型和k-ε Realizable湍流模型相结合的计算模型。对工质流经汽水分离器的模拟结果表明，在汽相与液相经由汽水分离器流至各自出口时，出现明显的分层现象。对比不同切向出口和不同液滴粒径下的模拟结果表明，出口面积越大，汽水分离器对液滴的分离效果越好；在0.01~0.10 mm的粒径范围内，液滴粒径越大，分离效果越好。对不同负荷条件下汽水分离器分离效率的模拟结果表明，分离效率随机组负荷升高略有降低。      

Numerical prediction of flow and mixing characteristics in CVCS chemical addition system

A numerical result of the flow and mixing characteristics is presented for the flow field created by water injected into a cylindrical tank with an initially stationary fluid. The flow is relevant to the operation of the chemical addition system in the chemical and volume control system (CVCS) of nuclear power plants. This study was undertaken to provide a basis for modification of the previous design which gave a number of difficulties in installation and operation of the chemical addition system because it needs a special reciprocating pump with a high actual head. For the tank of length-to-diameter ratios (L/D) of 1, 2 and 3, each with and without a baffle inside, calculation results were obtained by solving the unsteady laminar two-dimensional elliptic forms of governing equations for the mass, momentum and species concentration. Finite-difference method was used to obtain discretization equations, and the SIMPLER solution algorithm was employed for the calculation procedure. Results showed that the baffle was very effective in enhancing the mixing in the tank, and that a baffle should be installed near the tank entrance in order to inject chemicals into the reactor coolant system (RCS) within the operating time required.     

电磁法分离铷同位素用接收器的研制

高丰度⁸⁵Rb和⁸⁷Rb是原子钟的核心工作物质，而电磁分离方法是获得高丰度铷同位素唯一可行的方法。接收器是电磁分离器的核心部件之一，分离不同的同位素，接收器的设计参数不同。为保证铷同位素的丰度达到使用要求，通过对接收器口袋参数的计算，确定了铷同位素接收器口袋的尺寸与位置，对口袋的材料与冷却温度进行理论计算，完成了口袋的优化，确定了口袋的冷却温度低于25 ℃，改善了接收器溅射和蒸发对同位素丰度影响的问题。目前，接收器已安装在同位素电磁分离器上，开展了铷同位素的分离实验，确定了理想的分离参数，接收到的铷同位素的丰度取得了突破。