一回路颗粒性腐蚀产物沉积机理的实验研究与数值模拟

发布时间：2020-05-23 15:50

【摘要】：在压水堆核电站长期运行中,由一回路系统的结构材料腐蚀所释放的颗粒性腐蚀产物会在系统设备及管道内发生沉积。此类腐蚀产物的沉积现象主要发生在蒸汽发生器一次侧,其沉积表面不仅会增加对离子态的Co-60的吸附,而且还有可能降低蒸汽发生器的传热效率、增加冷却剂的流动阻力和传热管发生局部应力腐蚀的风险,这些因素都将对蒸汽发生器的正常运行产生不利影响。因此,详细研究一回路颗粒性腐蚀产物在传热管内的沉积机理具有重要意义。本论文采用实验测量、理论研究以及与数值模拟相结合的方法,对颗粒性腐蚀产物四氧化三铁在传热管内的沉积机理及沉积分布展开研究,分析不同粒径,pH值和弯管半径对颗粒沉积的影响,包括：第一,实验循环回路使用0.1mol/L LiOH溶液调节pH值,在传热管编号、颗粒粒径相同的条件下,循环水pH=8.2左右时颗粒更容易沉积；在编号不同、pH相近的条件下,粒径为5μm的四氧化三铁颗粒更容易沉积。第二,对于任意编号的传热管而言,分段7都是最大沉积量所在位置,对应偏转角θ=101°～1360°若忽略较为次要的作用力,一回路颗粒性腐蚀产物在该偏转角所对应的传热管分段内沉积量最大。第三,通过对不同编号传热管分段沉积量的趋势比较,发现上升段4-6分段的沉积量较小,下降段7-9分段沉积量较多,从颗粒碰撞沉积过程中的能量衰减角度来看,这一规律具有普遍性。第四,从颗粒碰撞沉积过程中的能量衰减规律出发,提出了新的预测颗粒沉积的物理模型。基于FLUENT软件的用户自定义函数(UDF)功能,对颗粒碰撞沉积的物理模型方程进行离散并完成相应的程序编写。第五,数值模拟中采用不同的湍流模型和壁面函数,比较分析了各模型的适用性情况。考虑到计算效率和计算精度,RNGk-ε模型最为合适。通过对入口为充分发展的传热管内压力场及速度场的研究分析得到：1)在传热管偏转角022.5°且Z/D-3.5区间内和偏转角θ157.5°且Z/D3.5区间中,压力系数沿管轴线方向上存在非线性关系；2)在0=-22.5°～157.5°时,压降损失△P与偏转角θ呈线性关系。
【图文】：

均匀分布,实验系统,实物

图2-2实验系统实物图实验系统装置如上图2-1，2所示，除实验段外主管道均采用外径为76mm，内径70mm的304不锈钢管；实验系统主要有水箱、缓冲段、水栗、闹阀、传热管实验段、测量仪表和辅助设备组成；实验循环水为高纯度去离子水和特定粒径的四氧化三铁颗粒；实验压力为常压；温度为室温。实验系统中的仪器使用和变量控制情况有如下4点：1)具有搅浑装置的水箱使颗粒性腐烛产物的替代物四氧化三铁均匀分布，水箱材质为有机玻璃，四周加装搅混板，分四层。在水箱内侧贴壁处安装不锈钢直尺，便于实现水位观测。2)简化的蒸汽发生器倒U型传热管5根，外径为19.05cm，壁厚为1.09mm。试验段传热管材质为Inconel-690合金，实现易拆卸的功能。传热管试验管段均在制作加工时已经沿管轴线方向上向上分为12段，，用密封膜，密封胶及卡套紧固件压紧，方便实验管段的拆卸和测量。3)测量仪器及相关化学品，见下图2-3。通过在实验回路中加0. Imol/LLiOH溶液来控制调节pH值，循环水体积为0. 25m3。通过理论计算预期pH值，便可确

实验回路,精密天平,测量仪器,酸度计

方便实验管段的拆卸和测量。3)测量仪器及相关化学品，见下图2-3。通过在实验回路中加0. Imol/LLiOH溶液来控制调节pH值，循环水体积为0. 25m3。通过理论计算预期pH值，便可确定HT和Oir电离平衡的浓度，从而获得LiOH体积。在实际进行调节时应在上述LiOH体积的基础上减少5ml，在此基础上人工微调，以期获得更准确的pH值。试验段的沉积量用电子天平测得，其检定分度值为0. OOlg (实际分度值为0. OOOlg)。7
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TL353

【参考文献】