C型非能动余热排出换热器沸腾换热特性研究

发布时间：2020-11-08 16:54

　　 AP1000非能动余热排出系统(Passive Residual Heat Removal System PRHRS)作为AP1000非能动堆芯冷却系统(Passive Core Cooling System PXS)的一部分,可以在事故工况下应急排出堆芯余热,保证堆芯安全。AP1000非能动余热排出系统采用C型非能动余热排出换热器。紧急事故工况下,AP1000非能动余热排出换热器需要建立起自然循环,长时间运行从而导出堆芯余热。当该系统处于长期运行状态的时候,换热器管外侧传热主要以管束间的核态池沸腾换热为主,随着换热器管外侧安全壳内置换料水箱内水的蒸发和水位的降低,还可能出现传热管裸露的低液位沸腾工况。本文通过实验的方法研究C型非能动余热排出换热器管外沸腾换热特性。通过设计并搭建C型非能动余热排出换热器沸腾冷凝换热原理性实验台,研究不同实验条件下,C型非能动余热排出换热器管外沸腾的换热特性。实验包括C型换热器单管沸腾换热实验、C型换热器管束沸腾换热实验和C型换热器单管低液位沸腾换热实验。本文通过对实验结果的分析,分别研究了C型换热器单管和管束的管外池沸腾换热特性。本文还分析了管束效应对C型换热器沸腾换热特性的影响,并验证了五种成熟的核态池沸腾换热关联式对于本文实验条件下计算管外沸腾换热系数的适用性。通过计算可得,在本文实验条件下,Rohsenow关联式沸腾换热系数计算值与实验值符合较好,可以用来预测此实验条件下C型传热管沸腾换热系数。本文对低液位实验条件下的实验数据处理的方法进行探讨和校核。经过验证,本文所用的数据处理方法有效可行,计算得出的低液位实验条件下等效池沸腾换热区的热流密度与全液位实验条件下池沸腾换热区的热流密度吻合较好,相对偏差都在5%以内;通过实验求得的低液位条件下等效池沸腾换热区的沸腾换热系数与全液位条件下沸腾换热系数相比略小,相对偏差在10%以内。C型换热器在低液位实验条件下管外沸腾换热能力并没有明显的降低。
【学位单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：TL353.13
【部分图文】：

图 1.1AP1000 非能动余热排出系统示意图非能动余热排出换热器（PRHR HX）通过从热管段引出的入口管线接入主回路冷却剂系统，其出口与蒸汽发生器的冷腔室相连。非能动余热排出热交换器入口管线是常开的，连接冷却剂回路热管段的顶部。在非能动余热排出换热器未启动时候，其入口管线内部工质温度高于出口水温。在非能动余热排出换热器出口管线设有常关气动阀，此气动阀在空气失压或者相关控制信号动作时才打开。非能动余热排出换热器之所以布置常开入口电动阀和常关出口气动阀，就是为了能够保证系统在主回路压力下充满冷却剂。同时，非能动余热排出换热器内部水温与换料水箱内水温相同，这样能确保在电厂正常运行期间热力驱动压头的建立和维持[22]。出现紧急事故工况后，安全壳内置换料水箱里的水在达到它的饱和温度之前可以吸收大约 2 个小时的衰变热，一旦开始沸腾，安全壳内置换料水箱上顶盖的排气孔打开，蒸汽开始向安全壳排放，排放到安全壳内的蒸汽在钢壳内壁上冷凝[23]。凝结水由操作平台上的安全相关的水槽收集，最后返回到安全壳内置换料水箱中。

图 1.2AP1000 非能动余热排出系统换热器结构图 AP1000 非能动余热排出换热器结构图。AP1000 非能动余热口管板以及与之相连的 689 根竖直布置的 C 形传热管组成，积为 2234m3的安全壳内置换料水箱里，管束最高点距离水动余热排出系统换热器具体参数见表 2.1。非能动余热排出系

图 2.1AP1000 非能动余热排出换热器示意图参数确定余热排出换热器中，换热管数量多达 689 根，其中大部分换换热特性对非能动余热排出换热器的换热能力起决定作用。排出换热器的换热性能，传热管同样采用 C 型光滑管。
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本文编号：2875065