螺旋管式直流蒸汽发生器建模与仿真研究

发布时间：2020-03-29 12:39

【摘要】：螺旋管式直流蒸汽发生器(Helical Coil tube type once-through Steam Generator,HCSG)因其特殊的几何结构使得工质在管内流动过程中受离心力作用产生二次环流而强化换热,此外,它还具有结构紧凑、可容忍热膨胀等优点,因此很多反应堆装置选择了HCSG,尤其是在一体化布置的压水堆中。为了准确分析压水堆中HCSG的运行特性,本文选择了四方程漂移流模型作为两相流的计算模型,将二次侧传热区域划分为单相液、两相和过热蒸汽区段,并考虑了欠热沸腾和缺液区的传热,选取了适用于描述压水堆HCSG的传热和压降关系式,采用了固定边界的建模方法,以交错网格、全隐式、二阶迎风格式对基本方程组进行离散。对于单相区,将离散后的非线性方程组转化为关于密度的非线性方程,采用弦截法进行求解,对于两相区转化为关于压力、空泡份额和焓的非线性方程组,采用拟牛顿法进行求解。本文利用C#编写了HCSG的动态仿真程序(Thermal Hydraulic performance analysis code of helical coil Once-Through Steam Generator,TH-OTSG)。以国际革新与安全反应堆(International Reactor Innovative and Secure,IRIS)的HCSG为参考对象进行稳态和动态的仿真实验。将满功率计算值与设计值和文献参考值进行对比,结果符合良好;其余稳态工况考虑IRIS冷却剂平均温度和蒸汽压力均恒定的控制方案,给出了从100%FP到20%FP、以20%FP为间隔的不同负荷下温度等热工参数的分布特性。动态仿真以HCSG二次侧给水流量、一次侧冷却剂入口流量、二次侧给水焓、一次侧冷却剂入口焓、二次侧出口蒸汽压力分别作为单一扰动量进行±10%阶跃响应特性分析,动态变化过程符合热工水力学及其定性机理分析结果,并且与RELAP5程序所得结果符合良好。仿真结果表明了TH-OTSG可以合理仿真压水堆HCSG的热工水力特性,并能够作为控制系统设计的基础。
【图文】：

示意图,反应堆,示意图

第 2 章螺旋管式直流蒸汽发生器数学物理模型1 概述为了准确分析计算中小型一体化压水堆 HCSG 的稳态和动态特性，本章建立了针对SG 的动态仿真模型，包括了热工水力计算的基本模型、相关传热和水力学模型以及间结构关系式等辅助计算模型。2 HCSG 结构和工作原理一体化反应堆的设计是将蒸汽发生器、主泵、稳压器等反应堆冷却剂系统主要部件包含在压力容器内，由于取消了一回路管道，因此避免了发生大破口失水事故的可能。HCSG 在中小型一体化压水堆设计中一般有两种布置方式：一种是螺旋管直接缠绕在堆芯上升段外围，以堆芯围板作为支撑内圆柱，填装在上段和压力容器内部之间的环形空间内，这种布置方式多应用于功率较小的自然循环一化反应堆设计中，例如美国的 MASLWR[33]（图 2.1 所示），韩国的 REX-10[18]。

示意图,反应堆,示意图

第 2 章螺旋管式直流蒸汽发生器数学物理模型1 概述为了准确分析计算中小型一体化压水堆 HCSG 的稳态和动态特性，本章建立了针对SG 的动态仿真模型，包括了热工水力计算的基本模型、相关传热和水力学模型以及间结构关系式等辅助计算模型。2 HCSG 结构和工作原理一体化反应堆的设计是将蒸汽发生器、主泵、稳压器等反应堆冷却剂系统主要部件包含在压力容器内，由于取消了一回路管道，因此避免了发生大破口失水事故的可能。HCSG 在中小型一体化压水堆设计中一般有两种布置方式：一种是螺旋管直接缠绕在堆芯上升段外围，以堆芯围板作为支撑内圆柱，填装在上段和压力容器内部之间的环形空间内，，这种布置方式多应用于功率较小的自然循环一化反应堆设计中，例如美国的 MASLWR[33]（图 2.1 所示），韩国的 REX-10[18]。
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TL353.13

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