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U型管蒸汽发生器管内倒流受管长影响的理论研究

自然循环U型管蒸汽发生器（UTSG）在一次侧处于自然循环工况下其部分U型管可能会出现倒流现象,这对自然循环带来不利影响。本文通过理论分析UTSG的U型管的水动力学曲线,获得U型管内发生流动不稳定时的临界压降与管长的关系,并利用系统分析程序RELAP5进行数值验证,验证结果表明:当管长增加时,临界压降呈先减后增的趋势,即小型的UTSG的最短U型管先出现倒流,而大型的UTSG最长管先出现倒流。所得结论解释了不同的仿真模拟研究得到的倒流管的分布不同的现象,为UTSG管内倒流及其管空间分布的预测提供理论依据。      

立式倒U型管蒸汽发生器倒流现象及初步分析

文章涉及中国核动力研究设计院自然循环实验装置单相稳态自然循环实验过程中立式倒U型管蒸汽发生器(UTSG)模拟体一次侧流体的流动特性。实验观察到：1)UTSG模拟体进口腔室压力低于出口腔室压力；2)UTSG模拟体入口腔室温度较热段温度有一陡降。通过对该实验现象的分析可以判定，在单相自然循环工况下，UTSG模拟体中某些传热管内出现了倒流。实验结果表明，倒流的出现使UTSG模拟体自然循环工况下的流动阻力系数较强迫循环工况下的明显增大。      

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。     

海洋条件下自然循环蒸汽发生器U型管内倒流特性研究

当压水堆处于自然循环工况时,蒸汽发生器U型管内可能发生倒流现象,导致一回路流动阻力增大、自然循环流量降低,为反应堆安全运行带来不利影响。基于RELAP5程序建立了海洋条件下的附加力模型及控制体空间坐标求解模型,对蒸汽发生器所有U型管进行建模和节点划分,计算了海洋条件下蒸汽发生器内U型管的倒流临界质量流量及进出口压差,最后分析了3种海洋条件对U型管内流体倒流的影响。结果表明,倾斜条件下有可能会改变倒流现象;而在航行过程中可能遇到的起伏条件都无法改变倒流现象;当摇摆条件比较剧烈时有可能改变倒流现象。      

自然循环过渡过程UTSG一次侧倒流特性研究

自然循环条件下,立式倒U型管型蒸汽发生器（UTSG）并联倒U型传热管内存在非均匀流动,部分传热管出现倒流,倒流的发生对反应堆自然循环能力产生显著的影响。按管长对并联倒U型传热管进行分类,建立分布式的结构模型。采用最佳评估程序RELAP5/MOD3.3,对主泵不同转动惯量下的自然循环过渡过程进行研究,得到了转动惯量对UTSG倒U型管内非均匀流动的影响特性。研究结果表明,转动惯量的增加可以延缓倒流的发生,但对倒流的空间分布和倒流流量无影响。     

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.     

自然循环蒸汽发生器倒U型管内的倒流计算

采用同时表示正流和倒流的全水动力特性曲线分析了自然循环压水堆一回路系统蒸汽发生器倒U型管内发生倒流的机理。针对蒸汽发生器内倒U型管数量巨大问题,提出了一种集总-分布参数模型。该模型用于计算实际自然循环蒸汽发生器倒U型管内的倒流时,具有计算快捷且精度高的优点。利用该模型对自然循环蒸汽发生器并联倒U型管内的正、倒流进行计算,并将计算结果与所有倒U型管逐根进行正、倒流计算的结果进行比较,结果十分接近,验证了本文模型的可靠性。     

自然循环条件下蒸汽发生器倒U型管流量分配特性研究

以欧洲压水堆热工实验装置（PWR PACTEL）一回路系统蒸汽发生器为研究对象,首先,基于流体一维流动模型的质量、动量和能量守恒方程建立管道进出口压降以及传热与流体流量之间的关系;其次,以遗传算法为基础开发倒U型管蒸汽发生器流量分配计算程序,采用基准实验对程序正确性和可靠性开展验证;最后,利用流量分配程序计算蒸汽发生器倒U型管管组的流量分布情况,研究管高、管长以及一/二次侧换热系数对蒸汽发生器内流量分配的影响。结果表明,所开发流量分配程序计算结果与实验吻合良好;在选定的自然循环工况下,该蒸汽发生器中长管更易发生倒流,且倒流现象呈现分布范围广、单管流量低的特点;倒U型管内正流流速与管长成反比,与管高成正比,倒流流速随着管长的增加保持不变,与管高呈反比关系;传热系数较低时,总流量与传热系数成反比关系,当传热系数高于特定值后部分管内发生倒流,总流量骤降。      

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。      

A theoretical model for the calculation of large transients in nuclear natural-circulation U-tube steam generators (Digital code UTSG)

A newly developed nonlinear transient model for the calculation of the dynamic behaviour of a vertical natural-circulation U-tube steam generator together with its steam removal system is presented. The steam generator is considered to consist of a heat exchange section, a top plenum, a downcomer region and a steam removal system with a sequence of relief and/or safety valves, isolation, bypass, turbine-trip and turbine-control valves and a steam turbine. Possible perturbations from outside can be: inlet water temperature, inlet water mass flow and system pressure on the primary side, feed water temperature, feed water mass flow and outlet steam mass flow disturbed by actions of the different valves within the steam removal system on the secondary side. Based on this theoretical model the digital code UTSG has been established. Post-calculations of start-up tests at a PWR nuclear power plant simulating perturbations both on the primary and secondary side of the steam generator and similar calculations for the corresponding ATWS-cases will show the efficiency of the code UTSG and the underlying theoretical model.     

用于缓减UTSG倒流的U型管改进研究

针对自然循环条件下蒸汽发生器部分并联U型管出现的倒流现象,以增强自然循环能力和减少倒流为目的,提出非对称U型管改进方案。基于基本守恒方程,建立了非对称U型管流动传热计算模型和自然循环冷热源位差计算模型。在此基础上,以某型核动力装置U型管为原型,对改进前后U型管倒流临界流量与回路冷热源位差的变化进行了计算分析。计算结果表明：非对称U型管改进使倒流临界流量明显减小,回路冷热源位差明显提升。适当调整U型管上升段与下降段长度比可减少倒流发生,提高自然循环能力。     

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。      

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。