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。     

百万千瓦级压水堆核电厂蒸汽发生器干燥器冷态试验研究

介绍了百万千瓦级压水堆核电厂蒸汽发生器(SG)干燥器水-空气冷态选型试验概况.冷态试验选定的最佳结构干燥器的分离元件采用双钩波形板,从干燥器的入口到出口波形板疏水沟宽度逐渐减小;干燥器入口安装非均匀开孔均气多孔板,孔径自下而上减小.试验表明,该干燥器具有很高的临界速度.     

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。     

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。      

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。     

西德蒸汽发生器的汽水分离器

一、研究概况西德 KWU 为研究 U 型管蒸汽发生器两相流分离系统的特性进行了专门的试验,并根据试验结果分析了不同水位、不同汽水流量以及压力变化对分离器的压降、蒸汽湿度和疏水含汽量的影响。分离器和干燥器的综合性能与至今获得的运行经验表明,其分离系统完全能保证蒸汽发生器出口蒸汽湿度低于0.25%的规定值。目前裝设在 KWU 标准蒸汽发生器内的分离系统是大量试验的结果。研制汽水分离器之初,KWU 即确立了两个目标:①研制的分离系统必须保证在各种运行工况下     

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。     

蒸汽流速对旋叶式汽水分离器分离性能影响的数值模拟

基于两流体模型和雷诺应力湍流模型,在不同的入口流速条件下,对旋叶式汽水分离器的分离过程进行了数值模拟,分析了蒸汽流速对不同直径液滴分离过程以及壁面附近液膜或高液滴浓度弥散层的影响规律。研究表明,蒸汽流速对分离性能的影响与液滴直径有关,当液滴直径处于某一区域时,蒸汽流速对分离性能的影响较明显,蒸汽流速越大,分离性能越好;当蒸汽流速较低时,在分离筒壁面出现液相流体累积。     

蒸汽发生器全尺寸汽水分离装置模型开发

汽水分离装置是核动力系统蒸汽发生器(SG)重要组成部分。目前针对汽水分离装置的研究包含试验与模拟两种方法,受限于成本和计算资源,现有研究主要是对汽水分离装置中单一旋叶式分离器或波形板干燥器开展。但在SG不同位置处分离器或干燥器入口参数不相同,存在负荷不均问题。为此,本研究基于已有分离器和干燥器分离效率计算模型,对汽水分离装置适当简化,开发SG全尺寸汽水分离装置模型。研究SG中不同位置处分离器和干燥器分离效率分布特性以及干燥器液滴负荷不均情况。计算结果可为SG汽水分离装置设计提供参考,开发的汽水分离模型已植入自主化SG全流域热工水力计算分析程序STAF。     

Direct contact condensation of steam on slowly moving water

A study of direct contact condensation of stagnant saturated steam on slowly moving subcooled water has been performed with reference to a horizontal flat geometry. Inlet water mass flowrate and temperature together with inlet steam temperature have been investigated, as experimental variables, in the following ranges:

1. (a) pressure up to 6 bar,

2. (b) inlet steam temperature up to 160°C

3. (c) inlet water mass flowrate up to 120 kg/h,

4. (d) inlet water temperature up to 70°C,

5. (e) available steam mass flowrate up to 20 kg/h.

Condensation heat transfer coefficients have been determined as functions of inlet water mass flowrate, inlet water and steam temperature. Heat transfer coefficient does not show, practically, dependence either on inlet water temperature or inlet steam temperature but only on inlet water mass flowrate. Correlations are given for the Nusselt number, as a function of Reynolds and Prandtl numbers.An evaluation of thermal non-equilibrium degree between the phases is also presented, together with a correlation for its prediction.     

新型蒸汽发生器综合性能实验研究

由于蒸汽发生器中流动及传热的复杂性,目前华龙一号ZH-65型蒸汽发生器不能完全通过理论计算进行设计,其性能是否满足设计要求必须通过开展相应的实验予以确认。本文利用中国核动力研究设计院的蒸汽发生器综合实验装置对新型蒸汽发生器开展综合性能实验研究,以验证ZH-65型蒸汽发生器二次侧自然循环性能和总体性能。通过稳态实验研究,获得了蒸汽发生器不同功率负荷下二次侧出口蒸汽压力、蒸汽产量、出口蒸汽湿度、循环倍率、给水组件阻力、汽水分离器压降等关键热工参数,全面验证了蒸汽发生器静态工作特性。本文还对蒸汽发生器瞬态工作特性进行了深入研究,获得了蒸汽发生器阶跃条件下的运行特性,获得的实验数据表明,华龙一号ZH-65型蒸汽发生器完全满足设计要求。     

池式反应堆堆内流场数值模拟

以板型燃料组件池式反应堆为研究对象,采用计算流体动力学程序CFX5对堆内流场进行了数值模拟,结果表明:流过堆芯燃料组件的流速较大,在燃料组件出口位置流速达到最大值;无论是否带有围桶,堆内压降均主要集中在堆芯燃料组件上,入口流量增大,堆芯燃料组件上的压降随之增加;堆芯上部腔室和下部腔室的压力变化很小;在相同的入口流量下,带与不带围桶的堆芯进出口差压非常接近。     

压水堆核电站二回路蒸汽循环及其改进

本文分析了压水堆核电站二回路饱和蒸汽循环的系统热效率及汽轮机高、低压缸排汽湿度与新蒸汽初参数、汽轮机分缸压力比之间的关系．在与他和蒸汽循环比较的基础上，分析了微过热蒸汽循环的系统热效率和高、低压缸排汽湿度受新蒸汽初压、初温及汽轮机分缸压力比的影响。在此基础上，给出了两种循环的比较结果及循环的最佳运行参数范围。     

瞬态条件下稳压器水位测量特性试验研究

稳压器是压水堆核动力装置压力安全系统的主要设备，其水位波动反映了一回路系统的水容积变化情况，是稳压器运行控制的关键参数之一。本文基于双区非平衡模型模拟蒸汽泄露条件下的稳压器水位变化，并针对稳压器蒸汽泄漏工况开展了水位测量特性试验研究，研究了2.6~7.8 kPa/s压降速率工况下，稳压器内水位测量压差的变化情况。研究发现:采用压差修正液相区密度计算的水位值在压力瞬变情况下有较好的跟随性，能够更好的反应水位特性；表征稳压器内液相区密度变化的压差在压力减小的过程中，过渡时间小于40 s，且过渡时间与压变速率单因素无强相关性。这为稳压器的安全运行控制提供了基础研究数据。      

Research on operational characteristics of passive residual heat removal system under rolling motion

The operational characteristics of passive residual heat removal system under rolling motion were investigated experimentally. The passive residual heat removal system under rolling motion was simulated with the advanced RELAP5 code. The results are consistent with experiments. The relative discrepancy between calculating and experimental results is less than 10%. The modified condensation heat transfer model can also be used to calculate the condensation heat transfer coefficient with droplet carryover precisely. The fluctuation of condensate temperature and steam pressure is not noticeable. As the power becomes larger for the same rolling motion, the oscillation amplitude of condensate flow rate becomes larger. The effect of rolling motion upon heat transfer coefficient and flow resistance was investigated with experimental results. Rolling motion can increase the flow resistance in a great extent. The more serious the rolling is, the more the flow resistance is. Additional pressure drop does not effect on average flow velocity. The decreasing of average flow velocity is due to the decreasing average gravity pressure drop and the increasing of flow resistance. The contribution of gravity pressure drop on the decrement of average flow velocity is less than 20%. The other is due to the increasing flow resistance. In the present paper, the experimental results are listed first, and then the simulation results comparing with the experimental results are listed in the second part. At last, the effect of rolling motion is investigated theoretically.