钢制安全壳外空气流道内的流动及传热特性研究
发布时间：2020-10-30 02:06
安全壳外空气流道属于安全壳冷却系统的一部分,来自大气环境的冷却空气进入流道后通过与钢制安全壳外侧壁面产生对流换热作用,导出安全壳内部产生的热量。空气流道结构对于防止事故工况下由于安全壳内部温度和内部压力过高而对安全壳完整性构成威胁,能够发挥重要的作用。分析研究安全壳外空气流道的流动及传热特性,研究不同因素对于流道内速度场及温度场的影响程度,提出导出安全壳内热量的优化方案具有重要工程意义。依据安全壳外空气流道的结构特点,使用GAMBIT软件对经过简化的流道结构进行几何建模和网格划分。通过CFD (Computational Fluid Dynamics)商用软件FLUENT建立数学模型,对空气流道的速度场和温度场及其产生影响的因素模拟和分析研究。通过计算不同条件下单位时间冷却空气从钢制安全壳内带走的热量,对速度场及温度场产生影响的不同因素进行比较,根据计算结果,评估了安全壳系统热量导出的优化方案。根据FLUENT数值计算的结果,分别得到了空气流道内速度场及温度场的分布特性,最大热流值发生在安全壳的顶部位置。通过计算不同条件下单位时间冷却空气从钢制安全壳内带走的热量,可知在冷却空气温度较低时(283K以下),随着流道内的冷却空气流速增大,单位时间冷却空气带走的热量也在提高;在冷却空气温度较高(283K以上)的情况下,流速对于单位时间冷却空气导出热量的影响十分有限;安全壳的换热速率对环段中的空气温度有很大的依赖作用。本论文计算得出的结论与安全壳系统的大尺度试验数据得到的结论是相吻合的。结果表明在导流板向屏蔽构筑物一侧平移,冷却空气与钢制安全壳外表面的换热量减少,但减少有限;导流板向钢制安全壳一侧平移,冷却空气与钢制安全壳外表面的换热量增加明显,在流道内冷却空气温度较低的情况下换热最佳。
【学位单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2014
【中图分类】：TK124;TL364.3
【部分图文】：
部结构为反应堆冷却系统部件以及相关管道系统及设备提供支撑。并也提供辐射屏蔽功??能。具体包括：一次屏蔽层、反应堆堆腔、二次屏蔽层、安全壳内置换料水箱、换料池??池壁、操作层、中间层、其他平台以及环吊梁。??２．?１．２安全壳屏蔽构筑物??安全壳屏蔽构筑物是由下列结构或设备组成的：屏蔽构筑物筒体结构、屏蔽构筑物??顶部结构、底部环形区域、中部环形区域、顶部环形区域、非能动安全壳冷却系统空气??入口、非能动安全壳冷却系统储水箱、非能动安全壳冷却系统空气扩散器、非能动安全??壳冷却系统空气导流板、非能动安全壳冷却系统入口空气联箱。??屏蔽构筑物为钢筋混凝土结构，筒体墙厚０．９１４ｍ，屏蔽构筑物的筒体部分可以起到??放射性物质的屏蔽、厂外飞射物屏障，以及非能动安全壳冷却的作用，筒体结构还可用??于支承非能动安全壳冷却系统的储水箱。屏蔽构筑物的顶部是钢筋混凝土构成的锥形??壳，如图２．１所示，用来支承储水箱以及空气扩散器。空气入口设置在屏蔽构筑物筒体??上部，空气扩散器则置于锥顶的中央，用于导出安全壳的冷却空气流。??
空气导流板底部为减小压降的导流装置。??２．２空气流道的运行特性??在正常运行工况下，空气从屏蔽构筑物顶部入口进入，如图２．２所示，流过下降流??道后又反向流过上升流道，带走安全壳容器壁传递的热量，最后从烟囱排至环境。??发生事故时，在接到安全壳高压信号后，非能动安全壳冷却系统的事故后运行自动??启动。储水箱中的水在重力作用下流至钢制安全壳外表面，并在安全壳容器的穹顶和壁??面形成水膜。喷淋水的流量与重力和水位高度有关，设计的初始水流量能满足设计基准??事故下安全壳短期的冷却要求。??由于本文只研究正常运行工况，因此不需要考虑储水箱等其他设备的作用。??空气出口、?＝＝｜??储水箱－驛＾￣￣＾議??水麵??Ｉｆ?＊?Ｉ?？?？?＾??钢制安全壳／Ｉ?内部凝结?１??容器?与自然循环??导流板Ｚ??ｆｔ??歷．．?Ｌｆ巧??图２．２安全壳系统非
第３章空气流道计算模型的建立??出网格［３５］。??安全壳外空气流道结构主要包括钢制安全壳、下降流外环隙和沿安全壳壳体的上升??流内环隙及屏蔽构筑物，由于整个系统非常的庞大和复杂，建模时有必要对整个系统进??行拆分，对部分结构进行适当的简化，这样有助于网格的划分和导入ＦＬＵＥＮＴ软件进行??计算。冷却空气作为本文的研究对象，对其流场及温度场产生影响的区域即为进行数值??计算过程中的计算域，本论文在建模时将空气流道结构共分为三个部分，分别是：??（１）?屏蔽构筑物和导流板组成的冷却空气下降通道，如图３．１所示；??（２）?钢制安全壳、导流板以及屏蔽构筑物锥顶组成的的冷却空气上升通道，如图??３．２所示；??（３）?钢制安全壳及其内部结构，如图３．３所示。??
【参考文献】
本文编号：2861813
【学位单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2014
【中图分类】：TK124;TL364.3
【部分图文】：
部结构为反应堆冷却系统部件以及相关管道系统及设备提供支撑。并也提供辐射屏蔽功??能。具体包括：一次屏蔽层、反应堆堆腔、二次屏蔽层、安全壳内置换料水箱、换料池??池壁、操作层、中间层、其他平台以及环吊梁。??２．?１．２安全壳屏蔽构筑物??安全壳屏蔽构筑物是由下列结构或设备组成的：屏蔽构筑物筒体结构、屏蔽构筑物??顶部结构、底部环形区域、中部环形区域、顶部环形区域、非能动安全壳冷却系统空气??入口、非能动安全壳冷却系统储水箱、非能动安全壳冷却系统空气扩散器、非能动安全??壳冷却系统空气导流板、非能动安全壳冷却系统入口空气联箱。??屏蔽构筑物为钢筋混凝土结构，筒体墙厚０．９１４ｍ，屏蔽构筑物的筒体部分可以起到??放射性物质的屏蔽、厂外飞射物屏障，以及非能动安全壳冷却的作用，筒体结构还可用??于支承非能动安全壳冷却系统的储水箱。屏蔽构筑物的顶部是钢筋混凝土构成的锥形??壳，如图２．１所示，用来支承储水箱以及空气扩散器。空气入口设置在屏蔽构筑物筒体??上部，空气扩散器则置于锥顶的中央，用于导出安全壳的冷却空气流。??
空气导流板底部为减小压降的导流装置。??２．２空气流道的运行特性??在正常运行工况下，空气从屏蔽构筑物顶部入口进入，如图２．２所示，流过下降流??道后又反向流过上升流道，带走安全壳容器壁传递的热量，最后从烟囱排至环境。??发生事故时，在接到安全壳高压信号后，非能动安全壳冷却系统的事故后运行自动??启动。储水箱中的水在重力作用下流至钢制安全壳外表面，并在安全壳容器的穹顶和壁??面形成水膜。喷淋水的流量与重力和水位高度有关，设计的初始水流量能满足设计基准??事故下安全壳短期的冷却要求。??由于本文只研究正常运行工况，因此不需要考虑储水箱等其他设备的作用。??空气出口、?＝＝｜??储水箱－驛＾￣￣＾議??水麵??Ｉｆ?＊?Ｉ?？?？?＾??钢制安全壳／Ｉ?内部凝结?１??容器?与自然循环??导流板Ｚ??ｆｔ??歷．．?Ｌｆ巧??图２．２安全壳系统非
第３章空气流道计算模型的建立??出网格［３５］。??安全壳外空气流道结构主要包括钢制安全壳、下降流外环隙和沿安全壳壳体的上升??流内环隙及屏蔽构筑物，由于整个系统非常的庞大和复杂，建模时有必要对整个系统进??行拆分，对部分结构进行适当的简化，这样有助于网格的划分和导入ＦＬＵＥＮＴ软件进行??计算。冷却空气作为本文的研究对象，对其流场及温度场产生影响的区域即为进行数值??计算过程中的计算域，本论文在建模时将空气流道结构共分为三个部分，分别是：??（１）?屏蔽构筑物和导流板组成的冷却空气下降通道，如图３．１所示；??（２）?钢制安全壳、导流板以及屏蔽构筑物锥顶组成的的冷却空气上升通道，如图??３．２所示；??（３）?钢制安全壳及其内部结构，如图３．３所示。??
【参考文献】
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本文编号：2861813
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