基于传热分区的直流蒸汽发生器换热性能仿真

针对直流蒸汽发生器二次侧复杂的流动与换热过程, 为准确研究其内热力参数空间分布规律, 将其分为预热段、过冷沸腾段、饱和核态沸腾段、强制对流蒸发段、缺液段、过热段, 基于分布参数法建立了直流蒸汽发生器一维均相流数学模型, 并自主开发了可实现自动分段计算的直流蒸汽发生器MATLAB仿真程序。仿真结果表明, 基于传热分区的模型能准确预测不同工况下壁温飞升的幅度、位置及各传热区域传热管的长度, 得到直流蒸汽发生器工作恶劣区域。所得结果可为预防直流蒸汽发生器超温爆管等事故提供理论支持。     

一次扰动下直流蒸汽发生器动态换热性能仿真

考虑了缺液区的存在,将直流蒸汽发生器的二次侧相变过程划分为五个传热区域,采用分布参数法建立一维均相流模型,针对一次侧冷却剂入口条件变化的工况进行仿真,分析直流蒸汽发生器内的蒸干现象和一、二次侧参数的动态响应特性。仿真结果表明,当一次侧冷却剂的入口焓值下降5%时,出口蒸汽无法达到过热,预热段和核态沸腾段长度大幅增加,蒸干点后移9.14 m;一次侧入口流量下降,出口蒸汽过热度降低,蒸干位置最大后移约2.42 m。     

自然循环蒸汽发生器数学建模与瞬态响应分析

为克服均相流模型和集总参数法的局限性,采用一维漂移流模型和分布参数法对U型管自然循环蒸汽发生器一、二次侧的流动传热及相互耦合过程进行数学建模,利用牛顿法对所建立方程组进行求解,编写了可用于瞬态响应分析的程序,所得计算结果与文献相比误差小于2％,可用于安全分析和应力评定.对降负荷工况研究发现,蒸汽空间的压力和温度随时间增...     

直管式直流蒸汽发生器不同运行参数下两相流压降预测

将B&W公司的直流蒸汽发生器进行简化,采用常热流边界条件进行不同运行参数下直流蒸汽发生器二次侧流动与换热过程数值模拟,并与经典摩擦压降经验关联式进行对比。结果表明：Martinelli-Nelson关联式更适用于预测蒸干发生时两相流的摩擦压降;摩擦压降随质量含汽率增加整体呈现上升趋势,蒸干发生时摩擦压降的变化率明显增大;管内气液两相流摩擦压降随质量流量和热通量增加而增大,随运行压力增大而减小。其中质量流量、运行压力对摩擦压降的影响较明显,热通量对其影响较小。     

基于漂移流理论的蒸汽发生器动态特性

以大亚湾核电站U型管自然循环蒸汽发生器为研究对象,根据蒸汽发生器上升通道沸腾段特点,建立了适合工程应用的漂移流模型动态方程。在验证稳态工作特性及与漂移流理论所涉及的关键参数准确性的基础上,进行了蒸汽发生器动态特性仿真与分析。结果表明,所建立的漂移流模型能够较准确地反映蒸汽发生器两相流的流动与换热特性。随着扰动的添加蒸汽发生器各参数都表现出合理的变化趋势,并准确地模拟出“虚假水位”现象,且负荷越高水位对扰动的响应速度与程度越大。     

基于流固耦合的蒸汽发生器换热管结构应力分析

以核电站蒸汽发生器为研究对象,采用两流体模型描述二次侧汽液两相流动及沸腾换热,利用CFX对一、二次侧流体与换热管及支撑板的耦合流动换热进行三维数值模拟,在此基础上提取一、二次侧流体压力载荷,在Workbench平台中实现载荷向结构模型的传递,计算换热管结构应力。流固耦合计算结果表明:支撑板位置处二次侧流体流速迅速增大又快速减小,并且流体湍流耗散急剧增大造成二次侧流体压力损失增大;换热管压力应力取决于一、二次侧流体压差,整体平均压力应力约为58MPa,与实际测量参数相符。     

基于流固耦合的蒸汽发生器换热管结构应力分析

以核电站蒸汽发生器为研究对象,采用两流体模型描述二次侧汽液两相流动及沸腾换热,利用CFX对一、二次侧流体与换热管及支撑板的耦合流动换热进行三维数值模拟,在此基础上提取一、二次侧流体压力载荷,在Workbench平台中实现载荷向结构模型的传递,计算换热管结构应力。流固耦合计算结果表明：支撑板位置处二次侧流体流速迅速增大又快速减小,并且流体湍流耗散急剧增大造成二次侧流体压力损失增大;换热管压力应力取决于一、二次侧流体压差,整体平均压力应力约为58 MPa,与实际测量参数相符。     

蒸汽发生器降负荷过程热工水力特性瞬态数值分析

基于大亚湾核电站蒸汽发生器实际运行过程,采用CFD技术,对其100%~50%工况的降负荷过程进行瞬态模拟,以揭示蒸汽发生器流动传热特性在降负荷过程中的动态变化规律。计算结果表明,降负荷过程中,一、二次侧流体热工参数均随时间降低,而且随着换热强度下降,支撑板(TSPs)对二次侧含汽率、流速及表面换热系数的扰动作用也逐渐减弱。对应于100%、70%及50%三种工况,一次侧流体出口温度分别为297.2、295.6和294.8℃,二次侧出口流体平均质量含汽率分别为24.5%、16.7%和12.1%,模拟结果均与大亚湾核电站运行过程中的实际值相符。研究结果为蒸汽发生器的安全运行及优化设计提供了理论参考。     

核电站蒸汽发生器的化学清洗与传热性能

核电站经过多年运行,蒸汽发生器传热管会被大量的微粒和溶解化学物质沉积所沾污.蒸汽发生器的化学清洗可以维持核电站的正常运行、恢复蒸汽压力和增强管道的耐腐蚀能力.有的电站进行化学清洗是为了有效清除支撑板拉制孔上的污垢,稳定水位波动,使电站恢复到全功率下稳定运行.一般,清除管道上的污垢后,能恢复蒸汽发生器的蒸汽压力,并使支撑板、管道间隙和管道直段上无沉积物,从而可以增强管道的耐腐蚀能力.另外,化学清洗改变了管道的微观表面、沸腾传热和传热性能.本文介绍了对蒸汽发生器采用EDTA的化学清洗,以及清洗后的污垢热阻、沸腾传热和传热性能.     

急冷油稀释蒸汽发生器换热管服役状态研究

某急冷油稀释蒸汽发生器发生泄漏,为查找该设备泄漏原因,现对其中的换热管开展服役状态评估。利用分析检测设备对换热管材质的化学成分、显微结构、金相组织、显微硬度等项目进行研究,此外还分析检测了蒸汽凝液、垢物组分及换热管渗透情况。结果表明:未发现换热管有穿透性失效,所发生的腐蚀减薄失效主要是由于壳程中工艺水作用而引起的。     

直流蒸汽发生器蒸干及蒸干后传热数值分析

准确预测直流蒸汽发生器流动沸腾及蒸干对其设计、安全可靠运行极其重要。通过对B&W公司直流蒸汽发生器进行合理简化,引入两流体三流场数学模型及壁面热通量分区模型,分别进行基于常热通量和耦合传热的蒸汽发生器流动沸腾数值模拟。结果表明：蒸干发生时传热性能急剧下降,常热通量边界下壁温升高的幅度相当大（约300 K·m^-1）,而耦合传热边界下壁温飞升幅度约为25 K·m^-1,与实际情形相一致;两种热边界中预热区会发生过冷沸腾,壁面处传热由液相对流换热、淬火换热和蒸发换热3部分构成,核态沸腾区蒸发换热为主要换热方式,同时伴随着液相对流换热和淬火换热,蒸干发生时淬火换热和蒸发换热全部降到0,在蒸干后传热区域换热方式为气相对流换热。     

水平管内纯饱和蒸汽强制对流冷凝局部换热特性

通过对水平管内饱和纯蒸汽强制对流冷凝换热的实验研究, 分析在管内两相流型为环状流-半环状与波状流时, 质量含汽率、蒸汽入口流速和压力对蒸汽冷凝换热的影响, 并得到了同时适用于这两种流型的计算局部冷凝传热系数的经验关联式。结果表明:局部冷凝传热系数在环状流-半环状流及波状流下均随质量含汽率和压力的降低而减小;在环状流-半环状流下, 随蒸汽入口流速的升高而增大, 在波状流下, 随蒸汽入口流速的增大而减小;实验拟合所得到的换热经验关联式与实验结果符合良好, 偏差在±20%以内。     

不同气候条件下相变屋顶传热性能数值分析

相变墙体可以有效降低建筑能耗并提高热舒适性。相变屋顶多孔砖内部填充相变温度为25~33℃的石蜡,引入考虑辐射与空气温度的等效温度,本文利用高性能计算显卡（GPU）加速基于焓法的多松弛时间格子玻尔兹曼算法（MRT-LBM）,分析了2020年8月典型天气下中国7个城市应用不同相变温度的石蜡对屋顶热响应特性的影响。采用相变温度为27℃的石蜡进行研究,结果表明,上海地区相变屋顶中的石蜡没有发生相变,空调运行期间由屋顶进入室内单位面积的热量高达324.3kJ/m²;成都地区相变屋顶中的石蜡液化率变化最大为30%,内表面温度在25.6~27.3℃波动,温差仅为1.7℃,由屋顶进入室内单位面积的热量仅为50.9kJ/m²;武汉和北京地区的液相率变化很接近,其相变时间达到全天的50%,对应的由屋顶进入室内单位面积的热量为上海地区的0.37倍;昆明与哈尔滨地区屋顶内表面温度波动分别达到4.5℃与4.4℃,但对应的温度均在28℃以内;广州地区相变屋顶中的石蜡几乎没有发生相变,室内温度波动幅度为成都的2.6倍。北京、成都、武汉和昆明地区适合采用相变温度为27℃的石蜡,而广州、上海和哈尔滨地区适合采用相变温度为29℃、31℃和25℃的石蜡。本文工作可为相变建筑优化设计提供参考。     

蒸汽发生器传热管双向流固耦合数值分析

以大亚湾核电站蒸汽发生器为原型,考虑一、二次侧流体的共同作用,进行蒸汽发生器传热管双向流固耦合数值模拟。计算结果表明：所采用的双向流固耦合方法能较好地捕捉到蒸汽发生器传热管的位移变化规律,传热管中心截面的位移最大,且平衡时向第3象限偏移,由于流体弹性不稳定性的影响,X、Y方向的位移大小并不相等。沿传热管高度方向应力关于中心截面（0.5 m）对称分布,固定端附近由于固定约束的作用产生应力集中应力最大。不同截面上应力沿圆周方向的分布规律相似,受传热管位移的影响关于20°和200°所连的直线对称分布,在20°和200°附近出现应力极值。蒸汽发生器传热管双向流固耦合方法可为蒸汽发生器安全运行提供理论参考。     

热管蒸汽发生器在大型硫酸装置中的设计与运行

介绍了热管蒸汽发生器的结构、工作原理及在祥光铜业700 kt/a冶炼烟气制酸装置中的运行实践。2台热管蒸汽发生器自2007年12月投用以来运行状况良好,工艺指标稳定,热回收效率较高,正常生产时约产2.2～2.5 MPa中压饱和蒸汽700 t/d。