带有支撑板的蒸汽发生器传热管热流固耦合分析

发布时间：2020-11-07 18:46

　　 在压水堆核电站中,蒸汽发生器的传热管道既是一回路的压力边界,又是将核岛与常规岛连通到一起的重要设备,冷却剂通过与传热管的热流固耦合作用,完成了一次侧流体到二次侧的热量传递。同时由于蒸汽发生器阻断了一次侧与二次侧的直接对流,与其他一回路压力边界一同构成了反应堆屏蔽系统中防止堆芯内的放射性物质外泄到环境外的第二道防护屏障。但是当前国内外大多还在采用一维数值模型对蒸汽发生器进行研究,并不能直观地反映和准确预测蒸汽发生器在三维空间里的热工水力特性。本文将基于CFD方法对蒸汽发生器直管段进行局部热工水力分析,并与带有支撑板数值模型的计算结果进行对比。本文以大亚湾900MW核电厂蒸汽发生器为原型,在相似性原理指导下,建立与实际尺寸相符的一回路、二回路、传热管和支撑板等数学物理模型,基于计算流体力学模拟软件CFX,实现对一、二次侧三维流动与耦合传热过程的数值模拟。其中二次侧采用的是两流体欧拉数学模型,考虑了汽相和液相之间的能量和质量转换,避免了多孔介质模型中采用单一内热源作为热边界条件,而忽视了二次侧汽液转换及传热管热流传递的作用。通过此数值模拟揭示了大亚湾核电站稳态运行工况下的蒸汽含汽率、传热管内外壁温和表面传热系数,一、二次侧压力等关键参数的分布规律。计算结果表明:由于支撑板处流通截面的缩减,致使二次侧流体在支撑板缝隙处的流速急剧升高,之后又快速降低形成回流,杂质由于回流和支撑板的阻隔作用,发生沉积堵塞的可能性大大增加;一、二次侧流体的压力均沿传热管轴向方向不断减小,在流经支撑板时出现压差突变,突变幅值的大小随二次侧流体阻力损失的大小变化而变化;传热管壁面温度在支撑板附近区域呈周期性变化规律,增加了传热管发生疲劳损伤和应力腐蚀的概率:采用热相变沸腾模型,能够较为准确有效地预测二次侧沸腾起始点的位置和出口蒸汽含汽率。
【学位单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM623.91;TL353.13
【部分图文】：

目前全世界电力供应中核能发电约占到１１％的份额，在３１个核电使用国家??中约４３０余座反应堆正在运行，仍在计划建造中的还有７０余座。根据统计数据的??结果，世界主要核电国家中的能源结构中，核电的占比份额如图１－１所示：??１??

换的枢纽设备，对整个核反应堆系统的安全运行起到了至关重要的作用，同时作为??一回路的压力边界，也构成了反应堆系统防止放射性物质外泄的第二道防御屏障，??其连接方式如图３－１所示。蒸汽发生器的形式在核电站中的应用经历过多种形式，??按照其内部冷却剂流动的方式可以分为强迫对流循环蒸汽发生器和自然循环蒸汽??发生器；按照其安装方式的不同可以分为卧式和立式蒸汽发生器；按照传热管的不??同形态又可以分为直管蒸汽发生器、Ｕ型管式蒸汽发生器和螺旋管式蒸汽发生器。??娜?二回路丨灯?｜１??｜?发电机??ｔＭ］?ＬｊＶｖ）???：＿Ｌ＾＝Ｊ?ＬＪ?高压｜?压加热器??加热器给水泵??图３－１压水堆核动力装置连接示意图??目前世界上的大部分压水堆核电站所使用的蒸汽发生器有：立式倒Ｕ型管式蒸??汽发生器、列管直流式蒸汽发生器和卧式自然循环蒸汽发生器。本文主要以广东大??亚湾９００ＭＷ压水堆核电为原型，对其内部一、二回路的工质进行流动以及对传热??管的结构进行传热分析，该蒸汽发生器设计的结构和性能参数如下表３－１所示??表３－１大亚湾核电站蒸汽发生器结构及性能参数??型号?５５／１９??传热功率／ＭＷ?９６９??总传热面积／ｍ２?５４２９??设计压力／ＭＰａ?１７．２３??设计温度／°Ｃ?３４３??实际运行压力／ＭＰａ?１５．５??１６??

数值模型??核电站蒸汽发生器的实际结构和排列比较复杂，建立与研究原型同样的几为困难，其结构尺寸和网格生成对计算机性能提出了极高的要求，为降低和获取与实际接近的数值计算结果，本文将根据相似性准则与传热学理论型进行了适当的简化，以便于实现对蒸汽发生器热工水力的三维计算。??．１几何模型??本文以大亚湾９００ＭＷ核电站蒸汽发生器为原型，根据相似性理论建立了次侧、二次侧和传热管的３Ｍ直管段三维简化模型，其中传热管的直径大０５ｍｍ，壁厚为１．０９ｍｍ，传热管之间的中心间距为２５ｍｍ，直管段长度为９下图所示：??
【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 孙宝芝;杨柳;杨元龙;郑陆松;韩文静;;支撑板缝隙对蒸汽发生器热工水力特性的影响[J];工程热物理学报;2014年09期

2 张盼;陆道纲;张春明;马忠英;;核电厂蒸汽发生器二次侧三维流场分析[J];核安全;2014年02期

3 杨元龙;孙宝芝;张国磊;张鹏;;支撑板对蒸汽发生器流动与传热特性的影响[J];上海交通大学学报;2014年02期

4 郑陆松;孙宝芝;杨元龙;杨柳;;基于流热固耦合的核电蒸汽发生器传热管热应力数值模拟[J];原子能科学技术;2014年01期

5 武宏波;王智冬;项冰;;国内外核电发展形势分析[J];能源技术经济;2012年03期

6 杨元龙;孙宝芝;杨龙滨;张羽;;蒸汽发生器二次侧汽液两相流数值模拟[J];原子能科学技术;2012年01期

7 任志安;郝点;谢红杰;;几种湍流模型及其在FLUENT中的应用[J];化工装备技术;2009年02期

8 蒋兴;张明;谢永诚;姚伟达;;蒸汽发生器二次侧流场三维数值模拟[J];原子能科学技术;2008年S2期

9 阎昌琪;于凯秋;栾锋;曹夏昕;;摇摆对气-液两相流流型及空泡份额的影响[J];核动力工程;2008年04期

10 潘自强;沈文权;;核能在中国的战略地位及其发展的可持续性[J];中国工程科学;2008年01期

本文编号：2874340