蒸汽发生器二次侧三维两相流场稳态计算

采用多孔介质模型对蒸汽发生器二次侧流场进行分析。通过在多孔介质模型控制方程中添加附加的动量源项和能量源项来模拟蒸汽发生器内构件影响,动量源项中考虑下降段、管束、支承板和汽-水分离器的阻力;能量源项中添加一次侧对二次侧的释热。将控制方程在ANSYS FLUENT求解器中求解,得到蒸汽发生器二次侧区域的速度场、温度场、压力场、密度场和含气率分布。结果表明,蒸汽发生器内冷热侧流速、空泡份额、混合物密度相差很大;汽-水分离器进口空泡份额分布在0.63~0.98之间;压力在轴向逐渐降低,在支承板位置出现突降。     

耦合一、二次侧换热的蒸汽发生器二次侧流场分析

蒸汽发生器（SG）内三维两相流场可为流致振动分析提供输入条件。本文基于FLUENT采用多孔介质模型对SG二次侧流场进行求解。在动量方程中添加管束附加阻力,分别计算横流和顺流管束阻力,同时考虑了下降段、支承板和汽水分离器阻力。在能量方程中,将一、二次侧换热量三维分布作为二次侧流场的能量源项,在计算中采用耦合迭代求解。计算结果与总体设计值符合较好。计算结果同时显示,二次侧流场分布极不均匀;进入第一级汽水分离器的工质最大、最小流动含汽率分别为0.75和0.07;一、二次侧平均换热系数分别为15 856.5和63 623.0 W/(m²•K),二次侧最大换热系数为122 862.9 W/(m²•K),U型管外壁面平均热流密度为149.9 kW/m²;U型管弯管段最大横流速度约为4.06 m/s;冷侧冲刷U型管的横流能量(ρu²)大于热侧,其值为1145 J/m³。     

螺旋管直流蒸汽发生器一、二次侧耦合传热特性分析

为获得螺旋管直流蒸汽发生器(HCOTSG)螺旋换热管内两相流动换热特征,以国际革新安全反应堆(IRIS)HCOTSG为研究对象建立了HCOTSG一、二次侧耦合热分析模型,分析了稳态工况下,不同二次侧给水流量对HCOTSG热工水力参数产生的影响,并将所建立的HCOTSG一、二次侧耦合热分析模型与计算流体力学软件(CFX)三维流动换热计算相结合,对HCOTSG稳态工况下螺旋管内精细的热工水力参数进行计算。通过HCOTSG一、二次侧耦合热分析模型计算得到HCOTSG稳态工作时沿管程的相关热工水力参数;通过CFX三维模拟发现螺旋管横截面流体流速和温度分布不均匀现象,得到螺旋内侧流体温度高于螺旋外侧,螺旋内侧流体速度低于螺旋外侧,螺旋内侧流体比螺旋外侧流体先开始沸腾的结论。因此,本研究对于HCOTSG稳态运行和螺旋换热管事故分析具有指导作用。     

基于可视化实验台架的蒸汽发生器二次侧自然循环现象研究

对于传统压水堆核电站的蒸汽发生器,U型管热段热流密度大,冷段热流密度小,两侧不同的热流密度使得二次侧的热侧与冷侧的沸腾情况不一致,而真实的蒸汽发生器体型庞大,结构复杂,其内部真实的流动情况也不得而知。为弄清核电站蒸汽发生器二次侧的流动现象,搭建了单排非均匀加热管的可视化蒸汽发生器实验台架,并借助高速摄像机对其内部流动情况进行了拍摄,利用所拍摄的图像得到了相应位置气泡的横向流动速度。结果表明,在实验运行过程中,两侧不同的热流密度导致空泡份额差异很大,从而产生横向的自然循环流动现象,这一现象在二次侧流体流经U型弯管时,表现得更为剧烈。     

螺旋管直流蒸汽发生器一、二次侧耦合传热特性分析

To study the flow and heat transfer characteristics of the primary and secondary sides of the helical coil once-through tube steam generator (HCOTSG) under steady state conditions, taking HCOTSG of International Reactor Innovative and Secure (IRIS) as the research object, a primary and secondary sides heat balance calculation model for steady state operation of HCOTSG is established. The influence of different secondary side feed water flow rate on HCOTSG thermal and hydraulic parameters under steady-state condition is analyzed, and the detailed thermal and hydraulic parameters in the helical tube under steady-state condition are calculated by combining the coupled thermal analysis model with the three-dimensional flow and heat exchange calculation of CFX. The relevant thermal and hydraulic parameters along the tube side of HCOTSG during steady-state operation are calculated by the thermal analysis model. The CFX simulation results show that the velocity and temperature distribution of the fluid in the cross section of the helical tube are not uniform. The temperature of the fluid inside the helix is higher than that outside the helix. The velocity of the fluid inside the helix is lower than that outside the helix. The boiling of the fluid inside the helix occurs earlier than that outside the helix. Therefore, this study has a guiding role in the accident analysis for HCOTSG steady-state operation and spiral heat exchange tube.     

CPR1000蒸汽发生器二次侧三维稳态热工水力分析

采用三维稳态分析软件GENEPI,对CPR1000蒸汽发生器二次侧管束区进行了热工水力计算,利用多孔介质及局部阻力系数来表征传热管及各几何部件的复杂结构和压降影响,得到了二次侧管束区流场、温度场等的分布情况。计算结果表明:管束区最大干度为0.3;将典型传热管的动能数据提供给流致振动软件进行计算分析,结果显示在本工况下,传热管的流致振动在可接受范围内;对管板附近的流场及温度场进行分析,预测了此模型及工况下的泥渣沉积区域,为排污管的设计提供了输入数据。计算结果验证了CPR1000蒸汽发生器二次侧管束区设计的合理性。     

蒸汽发生器汽水分离器负荷不均匀性分析

应用三维稳态热工水力软件GENEPI,对CPR1000蒸汽发生器管束区及汽水分离器区域进行热工水力分析,得到了管束区和汽水分离器入口的热工水力参数分布。结果表明,汽水分离器区域的负荷不均匀性明显,中间及热侧的汽水分离器承受的负荷较高,分析数据为汽水分离器及干燥器湿度分析提供输入数据和设计依据。对比了不同汽水分离器局部阻力系数下的结果,表明汽水分离器局部阻力系数对其负荷不均匀性有一定的影响,系数越大,流量越均匀。     

蒸汽发生器二次侧流场三维数值模拟

基于FLUENT软件程序,采用多孔介质模型,在蒸汽发生器二次侧流场为单相流动的条件下,建立了蒸汽发生器二次侧流场的三维流动计算模型.计算核电厂稳态运行过程中蒸汽发生器二次侧的三维流场,得到整个流场的压力和速度分布.最后对数值模拟的流场进行了分析,得到比较满意的结果.     

基于漂移流模型的蒸汽发生器稳态热工水力分析

为研究蒸汽发生器的稳态热工水力特性,建立了四方程漂移流模型,并开发了一维计算程序。对蒸汽发生器U型管管束空间考虑为由一次侧通道、二次侧通道和传热管构成,对一次侧通道和二次侧通道的过冷段采用单相流模型,二次侧通道的沸腾段采用四方程漂移流模型,建立基于交错网格的一阶迎风差分方程,通过热平衡-自然循环压降的交叉迭代计算得到稳态热工水力参数。利用程序计算了秦山300 MW核电厂100%、75%、50%、30%、15%功率稳定运行工况下的热工水力特性,并与RELAP5的计算结果进行比较,两组结果一致性较好。     

蒸汽发生器U型管单相流动不稳定性分析

自然循环条件下,蒸汽发生器并联U型管束内存在单相流动不稳定性,部分U型管内存在倒流现象,对反应堆非能动安全产生负面影响。本文通过对基本守恒方程无量纲处理,采用线性扰动分析理论,获得了Ｕ型管内流动不稳定性判断准则(特征格拉晓夫数)。结果表明,当U型管格拉晓夫数高于特征格拉晓夫数时,管内流动是不稳定的,会出现倒流现象。以某型蒸汽发生器为对象,对U型管束流动不稳定性进行判断,通过与现有判别方法进行对比,验证了建立的U型管内流动不稳定性的判别方法。在此基础上,分析了蒸汽发生器一次侧流体入口密度对倒流现象的影响,发现当入口密度降低时,倒流现象更容易发生。本文结论可为蒸汽发生器优化设计提供一定的理论支持。     

蒸汽发生器二次侧汽液两相流数值模拟

以大亚湾核电站蒸汽发生器为原型,在相似原理的指导下,建立了蒸汽发生器“单元管”三维物理模型,采用Particle模型和热力学相变模型,并基于CFX软件实现了蒸汽发生器二回路侧两相流流动与沸腾换热特性数值模拟。计算结果表明：满负荷运行时,沿传热管高度升高,蒸汽发生器的传热系数及截面含汽率均呈上升趋势,其平均传热系数的数值模拟结果与Rohsenow经验关联式计算结果间的误差为8.4%,出口质量含汽率与大亚湾核电站实际运行参数相符。热相变模型在蒸汽发生器两相流数值模拟中的成功应用,可为蒸汽发生器热工水力的准确分析提供参考。