三通管道内部掺混流动传热特性研究

发布时间：2020-04-02 09:50

【摘要】：核电技术在带来解决全世界能源危机曙光的同时,也潜藏着巨大的危险,热力管道损伤是导致核电事故的重要原因之一。核电厂停堆期间,余热排出系统(RRA)中低温水与反应堆冷却剂系统(RCP)排出的高温水在三通管道内发生掺混,三通管下游管壁承受周期性温度波动,使管道承受交变的热应力载荷,最终引起管道热疲劳穿裂,对三通管掺混特性的研究对核电管线的安全运行具有重要意义。本文针对T型三通管内冷热掺混过程进行的具体工作如下:(1)搭建热工水力实验台,对不同进口温差,流量比/速度比工况下,T型三通管内冷热掺混过程进行了实验研究,采用测温热电偶记录三通管近壁面的温度场数据,对温度场数据进行了处理,得到了近壁面温差和温度梯度分布;(2)采用嵌入式大涡模拟方法对三通管内冷热掺混过程进行仿真,进一步研究了三通管道下游整个掺混区域的流场和温度场特征,明确了掺混随时间的发展过程以及流量比和进口温差对于掺混过程的影响;(3)基于BP神经网络算法用实验得到的温度场数据训练出一种温度预测模型,并用单独实验数据对预测模型的准确性进行了验证,该模型能够预测出掺混过程三通管近壁面的温度场,为进一步计算管道热应力,评估管道寿命提供支持。
【图文】：

图 1.1 T 型三通管内的冷热掺混Kamide H 等[11]采用热电偶和 PIV 可视化技术对三通冷热水掺混过程进行了实验研究表明，三通管内冷热水掺混的类型可以依据主管与支管流体动量比分为三类：壁射流射流和冲击射流，不同类型流动表现出不同的温度波动特征，当动量比相同时，温度波无量纲功率谱密度（PSD）表现出相同的谱。Aizawa T 等[12]进行了高温高压水混合实验，，实验结果表明重力对热掺混的影响很大，对小直径流之间的热掺混也有影响。Kuschewski M[13]提出了一种研究 T 型结中流体-结互作用的新型实验装置，利用新的近壁发光二极管诱导荧光（NWLED-IF）技术获得湍空间和时间分辨信息。Miyoshi K[14]采用测温热电偶来对三通冷热水掺混过程的壁面温行监测，并利用温度场数据计算出热应力，研究发现温度振荡范围主要集中在主管道内位置，热应力的空间分布与壁面温度的空间分布非常相似，并且发现大应力波动是由一集中点的运动引起的，而热点运动的频率约为 0.1 赫兹左右。Walker 等[15]对垂直等径 T 型三通管管内冷热掺混现象进行了试验研究，使用网状温度器代替热电偶传感器，研究表明，网状温度传感器与热电偶传感器相比能够更加详尽地 T 型管下游不同位置的温度场信息，该研究能在较宽的频率范围内对冷热掺混过程的

图 1.2 掺混类型分类图 1.3 T 型管中网状温度传感器布置水堆核电站 T 型三通管横向射流热冲击现象进行了研学角度入手研究了主流与射流流速比选取对于 T 型三明，除了远离射流的下游区域外，T 型三通管各部分所流速比也不是越小越好，流速比较小时流动的紊动性越承受的壁面温度波动也会越剧烈，因此为降低构件受到间。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM623

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本文编号：2611790