二次侧非能动余热排出换热器流动传热的CFD模拟

发布时间：2020-07-23 04:37

【摘要】：为保证在全场断电事故下能够安全排出反应堆余热,第三代核反应堆采用了非能动余热排出系统设计。其中二次侧非能动余热排出系统主要通过C型换热器与高位冷却水箱对蒸汽发生器产生的蒸汽进行冷却,从而达到排出堆芯余热的效果。该系统充分利用流体的自然循环驱动力,大大简化了安全系统的设计成本,减少了人为干预的程度,提高了系统的固有安全性。本文以二次侧非能动余热排出C型换热器为研究对象,使用ANSYS CFX软件对单管分布、3x3管排分布及5×5管排分布的C型管换热器进行了计算分析。其中,管内为蒸汽冷凝两相流模型,管外为过冷沸腾两相流模型,管壁为热传导模型,通过interface对内外两相流模型进行换热耦合。文章对软件中用到的壁面冷凝模型和过冷沸腾模型进行了验证分析,然后对单管进行了简单的研究性分析,并在此基础上对3x3管排三种不同蒸汽流量、三种不同蒸汽入口温度工况下的流场进行了分析比较,最后对结构更为复杂的5×5管排分布的工况进行了热工水力分析计算。通过计算发现:沿着C型管流动方向管内蒸汽逐渐冷凝放热,管入口处气体冷凝速度最快,管内外换热量及换热系数最大,沿着管道流动方向逐渐降低。水池中流体吸热发生过冷沸腾现象,生成的气体主要集中在C型管的上半段,并与水形成自然循环流动。在换热管入口气体温度不变的情况下,气体入口流量越高,相同位置的管内流体温度越高,管内外的换热越强,水池中的过冷沸腾现象越明显;入口流量不变时,入口温度越高,相应的换热量及换热系数越大。池内的自然循环使冷热流体充分混合,对流体起到了一定的搅浑作用,从而大大增强了其换热能力。三种工况的换热管出口处都几乎不产生气泡,说明换热器实现了很好的余热排出效果。通过对比三种工况发现,C型换热管的数量越多,每根换热管及换热器整体的换热量越大,其单位时间内所能排出的堆芯余热也越多,因此换热器在设计时应尽量采用多管间隔排列结构,以实现堆芯余热排出的最大化。三种结构换热器的分析结果不仅对C型换热器的结构设计有一定的参考依据,还对换热器的稳定安全运行具有较大的指导意义。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TL353.13

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本文编号：2766857