非能动安全壳冷却系统CFD冷凝和蒸发模型研究

利用计算流体动力学(CFD)程序平台CASTEM,开发非能动安全壳冷却系统的冷凝、蒸发模型.冷凝模型中分别采用Buleev和k-ε两种湍流模型,蒸发模型采用了GAiello(2009)发展的液膜蒸发模型.试验验证分析表明,计算值与试验值吻合较好,所建立的冷凝、蒸发模型能较好地模拟非能动安全壳冷却系统在稳态下的传热传质特性.     

AC600非能动安全壳冷却系统冷凝传热系数评价

用ＡＣ６００非能动安全壳冷却系统三维热工水力分析程序ＰＣＣＳＡＣ－ＭＤ,对几种常用的冷凝传热系数结构关系式进行了比较。这些结构关系式包括Ｕｃｈｉｄａ关系式,Ｇｉｄｏ－Ｋｏｅｓｔｌ关系式,Ｔａｇａｍｉ关系式和基于传热传质相似原理的关系式。     

非能动安全壳冷却系统外侧辐射换热与自然对流研究

本文建立了1∶10的二维钢制安全壳外侧辐射换热和自然对流模型,并用先进流体计算软件Fluent对流场进行计算,得到了完整流道下的速度流场、钢制安全壳上封头顶部的空气速度矢量图,并得出钢制安全壳上封头顶部存在空气滞留区的结论。分析了通道宽度、空气进流速度及壁面黑度对通道换热的影响,结果表明：适当的通道宽度和空气进流速度均能提高通道的换热和换热效率;壁面黑度的提高能明显增强钢制安全壳上封头处的辐射换热。     

非能动安全壳冷却系统传热传质模型研究

安全壳分析程序CONTAIN采用的滞止液膜模型(SFM)对非能动安全壳冷却系统冷凝质量流量的预测低于试验值。因此,根据扩散层模型(DLM)与SFM在计算冷凝质量流量是等效的,通过对比利用质量分数形式菲克定律发展的改进扩散层模型(GDLM)与DLM的差异,对不可凝气体存在下的CONTAIN冷凝和蒸发模型加以改进。利用冷凝板试验和热板蒸发试验对改进后的CONTAIN程序进行验证,结果表明改进后模型计算的传热系数和传质系数比原模型更接近试验值。     

应用GOTHIC8.0程序模拟非能动安全壳冷却系统冷凝和蒸发现象的适用性研究

在非能动安全壳冷却系统（PCS）设计基准事故的排热过程中,安全壳内壁面蒸汽冷凝现象和安全壳外壁面水膜蒸发现象是两种非常关键的排热途径。本文应用GOTHIC8.0程序模拟了安全壳内壁面蒸汽冷凝和安全壳外壁面水膜蒸发传热过程,并通过蒸汽冷凝试验和水膜蒸发试验数据,对GOTHIC程序的模拟结果进行了分析和评价。研究结果表明：GOTHIC程序的蒸汽冷凝模型可较好地模拟蒸汽冷凝传热现象;水膜蒸发模型明显低估了水膜蒸发换热量,这对设计基准事故安全壳完整性分析是非常保守的,建议对GOTHIC程序进行适当开发,更好地模拟水膜蒸发换热过程。     

非能动安全壳冷却系统传热关系式研究

利用低雷诺数区域的计算流体力学(CFD)模型对非能动安全壳冷却系统(PCCS)COPAIN冷凝试验装置进行模拟,针对其对流传热试验工况进行理论计算,并用COPAIN试验数据进行验证。利用验证后的CFD模型将COPAIN试验对流换热工况参数扩展到温差为40~80℃区域,通过理论计算得到对流传热Nusselt数,并拟合出与Dittus-Boelter关系式形式相似的传热关系式。最后,将经该关系式闭合的集总参数法程序冷凝模型的冷凝传热结果与西屋公司为AP600开展的Wisconsin冷凝试验数据进行对比,结果显示,经新关系式闭合的冷凝传热模型计算结果更接近于试验值。     

非能动安全壳冷却系统传热关系式研究

利用低雷诺数区域的计算流体力学(CFD)模型对非能动安全壳冷却系统(PCCS)COPAIN冷凝试验装置进行模拟,针对其对流传热试验工况进行理论计算,并用COPAIN试验数据进行验证。利用验证后的CFD模型将COPAIN试验对流换热工况参数扩展到温差为40~80℃区域,通过理论计算得到对流传热Nusselt数,并拟合出与Dittus-Boelter关系式形式相似的传热关系式。最后,将经该关系式闭合的集总参数法程序冷凝模型的冷凝传热结果与西屋公司为AP600开展的Wisconsin冷凝试验数据进行对比,结果显示,经新关系式闭合的冷凝传热模型计算结果更接近于试验值。     

非能动安全壳冷却系统水分配装置设计

非能动安全壳冷却系统(PCCS)水分配装置是PCCS的重要组成部分,也是系统功能能否实现的关键.本文简要介绍了水分配装置的功用、设计原则、结构设计和设计特点.     

非能动安全壳冷却系统热工水力单项试验

非能动安全壳冷却系统热工水力单项试验研究是先进压水堆关键技术研究项目.本试验利用德国Karlsruhe研究中心的PASCO试验装置,并对其进行改造,主要研究事故工况下非能动安全壳环形空腔内传热传质机理,包括于平板传热试验、加热平板蒸发传热试验、辐射传热试验,从而获得不同温度、环腔尺寸、表面黑度、喷淋流量对流动及传热的影响,验证相关模型及为设计提供参考.     

台架缩比对冷凝液膜换热的失真评价

缩小比例的单项和整体性试验台架对研究和开发大型先进压水堆核电站及其分析验证程序都具有重要意义,而由缩比引入的相关现象的失真又直接影响了对台架的设计和试验结果的理解。本文以等效换热系数的形式对非能动安全壳冷却系统（PCS）壳内液膜冷凝在试验台架上的缩比失真进行分析,结合H2TS比例分析方法,系统评价了这种失真对模拟台架中壳内压力响应的作用。结果表明,台架缩比对壳内冷凝液膜换热的影响是保守的。     

雷诺数关系式对膜状凝结湍流区传热计算的影响

膜状凝结现象广泛存在于核电站安全壳和稳压器中。关于膜状凝结液膜湍流区的传热模型,目前未明确辨析基于质量和能量关系的两种雷诺数关系式的差别。本文针对管外纯蒸汽自然对流膜状冷凝传热,定量地分析雷诺数关系式对膜状凝结液膜湍流区传热计算的影响。基于液膜湍流区修正项的一般性假设,推导了膜状凝结湍流区传热系数的表达式。同时,分别与雷诺数关系式Remass和Reenergy联立,求解得到不同雷诺数关系式之间以及对应的膜状凝结传热系数之间的关系。分析表明:受普朗特数Pr的影响,在膜状凝结液膜湍流区,雷诺数关系式Remass和Reenergy差别明显,并存在关于Pr的分界点。基于Remass和Reenergy得到的膜状凝结平均传热系数及其相对偏差是Re和Pr的非线性函数。当0.1Pr4.0且Re1 600时,基于Reenergy和Remass得到的膜状凝结平均传热系数相对偏差在-60%和+60%之间。通过实验和理论验证,在膜状凝结液膜湍流区基于Reenergy得到的膜状凝结传热系数更加准确。     

Heat Transfer Coefficients of Steam Condensation on Containment Vessel Wall during Blowdown

Heat transfer coefficients of steam condensation on the containment vessel wall at a LOCA are studied. As to the steady state heat transfer coefficients, though Sagawa's data are a little smaller than Uchida's data, they are very close to the analytical solutions by Mori-Hijikata. Transient heat transfer coefficients are represented by the steady state heat transfer coefficients multiplied by a factor. The factor expresses the agitation effect weakening with time during blowdown. Values of parameters in the factor are determined so as the heat transfer coefficients to fit Sagawa's data. These heat transfer coefficients are applied to the analyses of the experiment with the simulation apparatus of an integrated type marine water reactor. Values of the parameters are also determined so that the temperature transients on the containment vessel wall by analyses fit them of experiment. The differences of the values of parameters by the analyses and by Sagawa's data are discussed.     

Experimental Study on Heat Removal Characteristics for Water Wall Type Passive Containment Cooling System

To evaluate the heat removal capability of a water wall type cooling system, which is one passive containment cooling system (PCCS), the thermal hydraulic behavior in the suppression pool (S/P) and the outer pool (O/P, flat plate water wall) have been investigated experimentally. The following results were obtained. (1) A thermal stratification boundary, which separates the pools into the upper high temperature and lower low temperature regions, was formed just below the vent tube outlet. (2) Convection heat transfer characteristics in the S/P and O/P along the primary containment vessel (PCV) wall had no significant differences and were those of natural convection. Correlation of the natural convection heat transfer up to the Ra number of 2×10¹⁴ was obtained. (3) Vertical variations of local condensation heat transfer coefficients under a noncondensable gas presence were within ±10% of the average value for the 4.7 m heat transfer length. An experimental correlation for the average condensation heat transfer coefficients was obtained as a function of steam and noncondensable gas mass ratio. (4) An analytical model to evaluate the system performance of the water wall type PCCS was verified. (5) A baffle plate concept to mitigate thermal stratification at the vent outlet and to enlarge the high temperature region in the S/P was considered as a means to improve heat release capability. Thermal hydraulics with a baffle plate were examined, and effectiveness of the baffle plate to improve the heat release capability was confirmed.     

水平管内蒸汽冷凝局部换热特性实验研究

以水蒸气为工质,实验研究了水平管内纯蒸汽冷凝的局部换热特性。实验选取换热管内径为25 mm、换热管进口压力为0.15~0.4 MPa、局部蒸汽的Re=5756~92289,分析了蒸汽压力及流速、壁面过冷度对冷凝传热系数的影响,并将采用现有关系式计算的冷凝传热系数与实验结果进行了对比。结果表明：冷凝传热系数随壁面过冷度的增大而减小,随压力的升高和流速的增大而增大;采用现有关系式计算的冷凝传热系数与实验值的偏差较大,关系式有待进一步改进;在实验范围内,由拟合换热关系式计算所得冷凝传热系数与实验结果的相对偏差在15%左右。     

安全壳冷却系统蒸汽冷凝传热研究综述

为保证事故条件下核电厂安全壳的完整性,新一代核电厂广泛采用安全壳冷却系统对事故中释放的蒸汽进行冷却,达到持续稳定导出堆芯蓄热与衰变余热的目的。含不凝性气体（空气、氢气等）的蒸汽在安全壳换热壁面上的冷凝传热成为疏导安全壳内部热量的重要手段。本工作对核电厂事故条件下含不凝性气体蒸汽的冷凝传热进行综述研究,深入全面分析传热过程,提出针对性意见,为核电厂安全壳冷却系统的热工水力研究奠定了基础。