螺旋管直流蒸汽发生器两相流不稳定性

研究了螺旋管直流蒸汽发生器两相流不稳定性。阐述了两相流不稳定性机理。利用线性化频域理论，建立了螺旋管直流蒸汽发生器两相流不稳定性数学模型，编制了计算程序ＨＴＯＴＳＧＩＡ，分析了入口节流圈，系统压力及不同螺旋管圈等因素对螺旋管直流蒸汽发生器两个流不稳定性的影响，给出了螺秘管直流蒸汽发生器两相流稳定区域。计算值与实验值基本一致。     

高温气冷堆蒸汽发生器两相流不稳定性预报

论述了蒸汽发生器立式上升流动螺旋管内高压汽－水两相流不稳定性试验研究。研究结果表明，螺旋管中存在压力降型、密度波型和热力型脉动。采用无因次分析法得到了预测系统稳定的经验关系式，并得到了判断系统稳定性的界限图。同时对蒸汽发生器立式下降流动螺旋管与立式上升流动螺旋管的不稳定性进行了比较。最后对实际蒸汽发生器两相流不稳定性进行了预报。     

高温气冷堆螺旋管式直流蒸汽发生器热工水力学

高温气冷堆蒸汽发生器具有一次侧氦气工质、二次侧直流、螺旋管结构、工作温度高等特点,其热工水力特性与传统压水堆自然循环蒸汽发生器存在很大区别。针对高温气冷堆蒸汽发生器的特点,对其基础热工水力及特有热工水力学问题进行了阐述,主要包括螺旋管内单相及两相流阻及换热计算、横掠螺旋管束流阻及换热计算、温度均匀性及两相流不稳定性等。同时介绍了清华大学核能与新能源技术研究院针对高温气冷堆蒸汽发生器热工设计、温度均匀性及两相流不稳定性等热工水力学问题所开发的一维稳态程序、一维瞬态程序、二维分析程序和方法,并对分析结果和结论进行了讨论。相关研究方法、程序和结论对其他相似参数螺旋管和直管式直流蒸汽发生器具有参考和借鉴意义。     

高温气冷堆螺旋管式直流蒸汽发生器热工水力学

高温气冷堆蒸汽发生器具有一次侧氦气工质、二次侧直流、螺旋管结构、工作温度高等特点,其热工水力特性与传统压水堆自然循环蒸汽发生器存在很大区别。针对高温气冷堆蒸汽发生器的特点,对其基础热工水力及特有热工水力学问题进行了阐述,主要包括螺旋管内单相及两相流阻及换热计算、横掠螺旋管束流阻及换热计算、温度均匀性及两相流不稳定性等。同时介绍了清华大学核能与新能源技术研究院针对高温气冷堆蒸汽发生器热工设计、温度均匀性及两相流不稳定性等热工水力学问题所开发的一维稳态程序、一维瞬态程序、二维分析程序和方法,并对分析结果和结论进行了讨论。相关研究方法、程序和结论对其他相似参数螺旋管和直管式直流蒸汽发生器具有参考和借鉴意义。     

用多变量频域控制理论分析HTR-10蒸汽发生器中两回路耦合密度波不稳定性(英文)

10MW高温气冷堆(HTR-10)的蒸汽发生器(SG)是立式、直流、螺旋管状蒸汽发生器。其工作在中压参数下,必须考虑两相流不稳定性。采用了Zuber-Findlay漂移流模型,借助于多变量频域法分析两相流密度波不稳定性。分析了一、二回路之间的反馈耦合作用,提出了多输入、输出传递矩阵的数学表达式,推导了多通道反馈系统模型。编制了程序AFIHTR,并计算出HTR-10SG中两回路耦合密度波振荡的稳定条件。     

用多变量频域控制理论分析HTR-10蒸汽发生器中两回路耦合密度波不稳定性

10MW高温气冷堆(HTR-10)的蒸汽发生器(SG)是立式、直流、螺旋管状蒸汽发生器。其工作在中压参数下,必须考虑两相流不稳定性。采用了Zuber-Findlay漂移流模型,借助于多变量频域法分析两相流密度波不稳定性。分析了一、二回路之间的反馈耦合作用,提出了多输入、输出传递矩阵的数学表达式,推导了多通道反馈系统模型。编制了程序     

垂直上升管内对流沸腾瞬态数值模拟及其两相流不稳定性预测

核电站蒸汽发生器二次侧为两相对流沸腾换热过程,在设计过程中须保证其不发生两相流不稳定性。本工作采用时域法对垂直上升管内两相流不稳定性进行研究,建立了垂直上升直管内流动沸腾过程的一维模型,并编制计算程序。采用该程序模拟了流动沸腾过程气液两相流密度波的不稳定性,给出两相流波动过程瞬态参数分布,由此分析了密度波不稳定发生的机理,并分析了质量流速、系统压力、入口过冷度对不稳定的影响。结果表明,与已有实验及理论结果相比,瞬态参数计算结果与实验结果符合较好,可较好找到不同工况下直管内气液两相流发生不稳定的边界,结果优于Khabenski线算图方法。     

蒸汽发生器传热管密度波振荡现象研究

蒸汽发生器传热管内伴有两相流的产生,研究两相情况下传热管内密度波不稳定现象,对控制核反应堆安全运行有着至关重要的作用。通过数值计算,研究了双侧对流换热条件下的传热管密度波震荡（DWO）现象。引用Babcock&Wilcox公司的直流式蒸汽发生器（OTSG）实验进行计算模型的可靠性验证;将传热管双侧对流换热与壁面均匀加热条件下的流动不稳定现象进行比较;分析管内流体加热段高度、流动方向变化时,不稳定边界的移动情况。结果表明,增加加热段高度、适当减少传热管水平方向倾斜角度（50°~90°内变化）可以增加系统的稳定性。该研究可以为螺旋管式蒸汽发生器设计提供参考。      

小型压水堆螺旋管直流蒸汽发生器参数不确定性量化研究

为研究螺旋管直流蒸汽发生器（HCOTSG）参数不确定性对小型压水堆运行的影响，在建立堆芯功率控制系统、蒸汽发生器给水控制系统及稳压器压力和液位控制系统的基础上，开发小型压水堆HCOTSG参数不确定性量化平台。以螺旋管内外径不确定性量化为例，开展平台的应用研究。结果表明，开发的HCOTSG参数不确定性量化平台可以用于开展螺旋管内外径不确定性量化分析。     

污垢效应对螺旋管式蒸汽发生器蒸干点影响分析研究

螺旋管式蒸汽发生器（HOTSG,Helical coiled Once-Through Steam Generator）的蒸干点位置由于传热恶化会带来额外的风险,而工质中的腐蚀产物会沉积在传热管表面形成积垢影响螺旋管蒸干点的产生位置,本研究基于自主开发螺旋管模型的热工水力系统程序WISTARIA,分析了不同的积垢厚度对螺旋管式直流式蒸汽发生器传热管换热系数、含气率、蒸干点生成位置的影响程度。研究结果表明,螺旋管式直流蒸汽发生器积垢后,局部换热性能下降,进而影响压降与临界含气率,并影响蒸干点的液膜破碎过程。本研究结果为考虑积垢对螺旋管式直流式蒸汽发生器蒸干点的影响提供了设计参考依据。     

螺旋管蒸汽发生器三维热工水力程序HeTAF开发

针对核动力系统螺旋管蒸汽发生器,本文采用多孔介质方法对具有复杂换热组件区域多层螺旋套管结构进行简化,构建了壳侧工质流动换热特性数学物理模型,并基于均相流假设建立了管侧水-水蒸气两相流动沸腾换热特性分析模型,采用网格-节点映射方法实现了管壳两侧耦合传热计算,基于开源OpenFOAM平台开发了适用于螺旋管蒸汽发生器的三维全尺寸热工水力特性分析程序HeTAF。基于螺旋管两相流动沸腾换热实验开展了模型验证,并以高温气冷堆示范工程中螺旋管直流式蒸汽发生器为分析对象开展了单换热组件模拟,获得的氦气和蒸汽出口温度计算结果与设计值符合较好,表明HeTAF能有效预测换热组件内管壳两侧流动换热特性。本文的研究对螺旋管蒸汽发生器的设计和安全分析具有参考意义。     

HTR-PM直流蒸汽发生器的建模与分析

球床模块式高温气冷堆核电站示范工程（HTR-PM）采用两座模块式高温气冷堆带一台汽轮发电机组的技术方案,为了开展其运行特性研究,清华大学核能与新能源技术研究院开发了针对HTR-PM的工程模拟机,其中螺旋管式直流蒸汽发生器的模型还需进一步完善。本文深入分析了螺旋管式直流蒸汽发生器的流动、换热规律,明确了蒸汽发生器一次侧和二次侧的流动与换热模型,通过对稳态工况中分布数据的详细分析,说明了模拟结果的正确性。为适应更多模块的高温气冷堆核电站的运行分析要求,通过网格划分方案的讨论与优化,在保证实时性的前提下,提高了蒸汽发生器中流动与换热模拟的准确性,为下一步采用工程模拟机开展其运行特性研究打下基础。     

高温气冷堆螺旋管蒸汽发生器流量漂移不稳定性研究

建立与氦气对流换热的并联螺旋管蒸汽发生器数值模型,分别采用一维飘移流模型和一维可压缩流动模型描述水侧和氦气侧的流动。在此基础上研究了球床模块式高温气冷堆核电站螺旋管蒸汽发生器内的流量漂移不稳定性。动态计算结果表明,在一定条件下蒸汽发生器内有可能发生流量漂移,不同传热管流量可相差几倍,而出口温度则相差几百度。通过对质量流速-压降曲线的分析,发现热负荷对稳定性起主导作用,热负荷越大越易发生流量漂移,且边界质量流量随热负荷呈线性增长。增大入口节流阻力和过冷度可以在一定程度上避免流量飘移。最后给出了蒸汽发生器流量飘移的稳定边界。     

平行通道密度波不稳定性研究

本文针对套管式直流蒸汽发生器传热管环隙窄缝通道的流动,采用RELAP5程序对强迫循环并联通道的流动不稳定现象进行研究,指出在进口欠热度较低的条件下,并联通道系统会发生两种完全不同的不稳定现象,即同相密度波不稳定性和管间脉动不稳定性。对密度波不稳定性的发生条件进行研究,在较大的参数范围内确定了各系统参数的影响规律,最终得出流动不稳定边界。并对不同流量条件和不同压力条件下的不稳定性区间进行了比较。     

10MW高温气冷堆蒸汽发生器稳定性实验研究

介绍了１０ＭＷ高温气冷堆盘管式直流蒸汽发生器双管工程模拟实验回路的技术特征和主要技术指标。实验系统用高温氦气作为热源,采用１：１全尺寸模拟,进行卫３０％负荷工况两相流稳定性验证实验、入口过冷度、蒸汽出口压力、流量及入口阻力对两相流稳定性影响的研究。结果表明,蒸汽发生器３０％负荷设计工况下,蒸汽出口压力２．５￣４．０ＭＰａ、给水温度７５￣１８０℃、入口节流阻力大于４０ｋＰａ时系统能稳定运行;蒸汽发生     

螺旋管内热质传输行为与全工况预测模型研究

螺旋管式直流蒸汽发生器结构紧凑、传热高效、可靠性强,在先进小型堆中具有广泛应用,然而其管侧螺旋管内过冷水受热变为过热蒸汽,覆盖全部传热区域,且受螺旋几何、离心力及二次流影响,流动传热行为演化机制复杂,现有模型限制了高性能螺旋管式蒸汽发生器的进一步发展。本文针对螺旋管内热质传输行为开展了系统性实验和理论研究,建立了几何尺寸和热工参数范围最广泛的螺旋管传热、阻力基础热工实验数据库,明确了周向非均匀传热与沿程传热机制转变规律。基于机理分析,构建了高精度全工况的预测模型库,提出了三区干涸点、基于干度梯度的干涸后传热、宽范围两相摩擦倍增因子等模型,实现了全传热区域高精度预测。本文结果可满足先进反应堆螺旋管式蒸汽发生器设计需求。     

直流蒸汽发生器稳态流动沸腾实验研究

一体化压水堆通常采用直流蒸汽发生器,对直管直流蒸汽发生器在稳态条件下的流动沸腾特性进行了理论分析和实验研究,理论分析采用更为细致的两相区分区段计算模型,在两个不同的工况下进行了流动沸腾实验,结果证明了理论计算模型的合理性和可信性。     

10MW高温气冷堆蒸汽发生器传热小螺旋管流致振动分析

根据10MW高温气冷堆（HTR－10）蒸汽发生器传热小螺旋管的具体结构,提出了相应的计算模型;针对传热管振动的主要机理、流体弹性不稳定、旋涡脱落和湍流激励,依据目前所能够查阅到的文献资料中提供的半经验模型,做了详细分析和校核计算。分析结果表明,HTR－10蒸汽发生器在设计工况下运行时,不会发生流体弹性不稳定所导致的大振幅振动,也不会产生旋涡脱落引起的联锁共振;湍流激励对小螺旋管振动的影响很小。它在避免流致振动方面的设计是安全、可靠的。     

高温气冷堆蒸汽发生器螺旋管汽水两相流摩擦阻力特性实验研究

对高温气冷堆蒸汽发生器螺旋管圈进行了高压汽水两相流动摩擦阻力特性的实验研究。根据所得的大量实验数据，在理论分析的基础上得出了可供设计使用的计算螺旋管两相摩擦阻力的经验公式。     

一体化核反应堆蒸汽发生器初步换热分析

基于美国Nu-Scale一体化核反应堆设计参数,对直管式、U型管式和螺旋管式三种蒸汽发生器进行了匹配设计,并采用N-S方程和流体换热方程对其换热回路进行分析,得到了有效换热参数,优化了蒸汽发生器结构,改善反应堆蒸汽发生器的换热能力。经分析,当反应堆功率相同且不变时,螺旋管式蒸汽发生器换热效率最大,在三种蒸汽发生器中具有最高的冷却水出口温度。此时,其冷却水压降较大,但符合换热设备设计要求。