压水堆波动管热分层和温度震荡分析研究

发布时间：2020-09-08 20:37

　　压水堆核电厂中,波动管内的流体在反应堆启停和正常运行的工况下会出现热分层和温度震荡的现象。该现象会引起管道壁面温度高频震荡,可能导致管道老化,从而威胁核电厂的安全。因此,针对波动管温度的研究、评价、监测,分析热分层、温度震荡的现象具有重要意义。波动管道内的热分层研究已经引起了国内外学者的广泛关注。然而,由于涉及到高温高压流体的复杂流动,相关实验工作的研究还相对较少;另一方面,针对波动管热分层数值模拟工作开展虽多,但缺乏实验数据,计算结果的可靠性尚未得到充分的论证。根据波动管热分层和温度震荡的研究现状,本文采用了实验测量和数值模拟相结合的方法,对AP1000波动管的流体开展研究。首先,我们采用缩比的实验模型,搭建了低温低压的实验台架,通过比例分析,再现了核电厂波动管中的热分层发展的大致过程,并发现了波动管不同位置处流体不同的升温方式。其次,我们采用数值模拟的方法,建立了该实验台架的几何模型,利用大涡模拟,开展相关数值计算。通过与实验数据的对比,验证了模型建立和计算方法的正确性。除此以外,我们发现了实验条件下冷热流体交界线呈现周期性的波动,由此带来了温度震荡强度沿着中轴线对称分布的特点。最后,我们采用了以上的计算方法,分析了在反应堆启堆和正常运行工况下,AP1000波动管的热分层范围。我们得到了在正常运行工况下,热分层范围从稳压器出口延伸到20.7D范围,径向热分层温差达到5K,而启动加热工况下,热分层则延伸到52D的范围,径向温差可达到15K的结论。
【学位单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TM623.91
【部分图文】：

系统图,实验台,系统图,回路

10图 3-1 实验台系统图所示：实验系统有两个回路，一是模拟反应堆主管道的回路，内流体，二是模拟与主管道相连的波动管道回路。两个回路中的实示：1 是冷水水箱，2 是冷水水泵，3 是浮子型质量流量计，4 热水泵，6 是转子型质量流量计，7 是管道的模拟管路，8 是管路，9-11 都是阀门。其中 9 是回水阀门，在实验数据采集开始和泵 5，关闭两个回路中的阀门 11，打开阀门 9，让冷水和热

涡轮流量计,电加热,热水箱,主管道

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温度分布,测点布置,热分层

华北电力大学硕士学位论文管道。整个管道的外壁都包覆有保温层，如此管道散热量几乎可以忽略不计。（经过实验验证，保温层的保温作用不能忽略，否则通过管道表面会有较大的散热量，影响管道内流体的温度分布。）为了测出热分层以及温度震荡的情形，我们在平稳的管段（易于发生热分层现象）以及弯管段，都布置了测点。在波动管道入口处布置测点，是为了检测入口流体温度的稳定性。而在接近稳压器的平稳管段上布置测点是为了检测热分层的情况。在波动管道上开了 12 个测量孔，大致位置如图所示，但是我们在每次实验中我们可以根据实验工况的不同，具体采用不同位置的测量点，因此这里不做详细位置的详细介绍，在后文中会给出具体使用的测量位置。

【参考文献】