螺旋管直流蒸汽发生器一、二次侧耦合传热特性分析
发布时间：2021-04-13 16:39
为获得螺旋管直流蒸汽发生器（HCOTSG）螺旋换热管内两相流动换热特征,以国际革新安全反应堆（IRIS）HCOTSG为研究对象建立了HCOTSG一、二次侧耦合热分析模型,分析了稳态工况下,不同二次侧给水流量对HCOTSG热工水力参数产生的影响,并将所建立的HCOTSG一、二次侧耦合热分析模型与计算流体力学软件（CFX）三维流动换热计算相结合,对HCOTSG稳态工况下螺旋管内精细的热工水力参数进行计算。通过HCOTSG一、二次侧耦合热分析模型计算得到HCOTSG稳态工作时沿管程的相关热工水力参数;通过CFX三维模拟发现螺旋管横截面流体流速和温度分布不均匀现象,得到螺旋内侧流体温度高于螺旋外侧,螺旋内侧流体速度低于螺旋外侧,螺旋内侧流体比螺旋外侧流体先开始沸腾的结论。因此,本研究对于HCOTSG稳态运行和螺旋换热管事故分析具有指导作用。
【文章来源】：核动力工程. 2020,41(05)北大核心EICSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
HCOTSG简化RELAP5节点图Fig.1RELAP5NodalizationofHCOTSG表2HCOTSG边界计算结果Tab.2HCOTSGBoundaryCalculationResults
ig.1RELAP5NodalizationofHCOTSG表2HCOTSG边界计算结果Tab.2HCOTSGBoundaryCalculationResults名称模型计算结果RELAP5计算结果误差/%换热功率/MW122.20119.522.4一次侧出口温度/K565.26566.760.26二次侧出口温度/K580.08568.771.99二次侧入口压力/MPa6.0086.0490.67二次侧出口速度/m·s-126.8325.206.47热稳态分析模型，在其他边界条件不变的条件下，分析二次侧流量在额定流量的70%、80%和90%时，HCOTSG稳态运行时热工水力特性。不同流量下，螺旋管二次侧壁面热流沿管程分布如图2所示。过冷段二次侧流体流速基本保持不变，流体与壁面温差越大，壁面热流越大，沿管程二次侧流体与壁面温差逐渐减小，所以壁面热流逐渐减小；进入沸腾段后，二次侧流体流速逐渐增大，流体温度基本保持不变，所以壁面热流逐渐增大直到进入缺液区；进入缺液区后，二次侧流体含汽率大于0.8，换热机理发生变化，主要由蒸汽与壁面换热，壁面热流迅速减小；进入过热蒸汽段后，蒸汽与壁面温差逐渐减小，蒸汽流速变化不大，所以壁面热流逐渐减校不同流量的螺旋管入口处壁面热流相同，流量越大在螺旋管出口处的壁面热流越大。二次侧入口流量越大，换热能力越强，总换热功率越大。在过冷段和沸腾段，壁面热流远大于过热段，所以一、二次侧流体换热主要发生在过冷段和沸腾段。图2不同二次侧流量管内壁面热流沿管程分布Fig.2DistributionofInnerWallHeatFluxofHelicalTubealongPipelinewithDifferentFlowRates3CFD流动换热计算按照1.4节中HCOTSG平均管几何尺寸建立二次侧流体域三维计算模型，利用ANSYSCFX软件，以HCOTSG一、二次侧耦合热分析模型计算得到的二次侧壁面温度场为输入
28核动力工程Vol.41.No.5.2020流体处于过冷水状态。在离心力作用下，流体在螺旋外侧流速高于在螺旋内侧流速；流体在管内温度分布不均匀，螺旋内侧流体温度高于螺旋外侧流体温度。图3过冷段流体域横截面流体温度分布Fig.3TemperatureonCrossSectioninSubcooledSection3.2沸腾段热工特性分析z为1.2、1.5、1.8m处沸腾段螺旋管横截面二次侧液相质量分数分布如图4所示，在重力和离心力作用下，二次侧流体在螺旋管横截面水平和竖直方向均产生汽液分离，液相集中于螺旋管的外侧和下部，汽相集中于螺旋管的内侧和上部。z为1.2~2.4m范围内，在沸腾段，由于不断产生蒸汽，流体速度沿管程逐渐增大；由于壁面的摩擦作用，管道中心处流体速度高于两侧近壁面处流体速度（图5）。3.3过热段热工特性分析螺旋管高度在6.6~7.8m内，由过热段螺旋管中位面蒸汽温度场分布（图6）可知，与过冷段单相水温度场相似，蒸汽沿管程流速和温度逐渐升高；并且在离心力作用下，螺旋内侧蒸汽流速小于螺旋外侧，螺旋内侧蒸汽温度高于螺旋外侧。4结论本研究采用热分析模型计算和CFX三维模图4沸腾段流体域横截面液相质量分数Fig.4MassFractionofLiquidonCrossSection图5沸腾段流体域中位面流速Fig.5VelocityofFluidonMedianPlane拟相结合的方法，对HCOTSG稳态工况下整体运行和螺旋管内两相沸腾换热过程进行模拟计算。（1）热分析模型计算得到不同二次侧流量下，HCOTSG内一、二次侧工质温度、速度和压力等热工特性参数沿管程分布规律；一、二次侧工质换热主要发生在二次侧流体的过冷段和沸腾段。（2）螺旋管横截面流体流速和温度分布不均
【参考文献】：
期刊论文
[1]螺旋管蒸汽发生器的瞬态流动与传热特性[J]. 白博峰,郭烈锦,王学兴. 西安交通大学学报. 2002(09)
[2]螺旋管内气液两相流动和传热特性的研究[J]. 周芳德,陈学俊. 西安交通大学学报. 1987(05)
硕士论文
[1]螺旋管内核态沸腾流动与换热特性数值模拟分析[D]. 刘尚华.哈尔滨工程大学 2017
[2]螺旋管式直流蒸汽发生器建模与仿真研究[D]. 袁媛.哈尔滨工程大学 2015
本文编号：3135651
【文章来源】：核动力工程. 2020,41(05)北大核心EICSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
HCOTSG简化RELAP5节点图Fig.1RELAP5NodalizationofHCOTSG表2HCOTSG边界计算结果Tab.2HCOTSGBoundaryCalculationResults
ig.1RELAP5NodalizationofHCOTSG表2HCOTSG边界计算结果Tab.2HCOTSGBoundaryCalculationResults名称模型计算结果RELAP5计算结果误差/%换热功率/MW122.20119.522.4一次侧出口温度/K565.26566.760.26二次侧出口温度/K580.08568.771.99二次侧入口压力/MPa6.0086.0490.67二次侧出口速度/m·s-126.8325.206.47热稳态分析模型，在其他边界条件不变的条件下，分析二次侧流量在额定流量的70%、80%和90%时，HCOTSG稳态运行时热工水力特性。不同流量下，螺旋管二次侧壁面热流沿管程分布如图2所示。过冷段二次侧流体流速基本保持不变，流体与壁面温差越大，壁面热流越大，沿管程二次侧流体与壁面温差逐渐减小，所以壁面热流逐渐减小；进入沸腾段后，二次侧流体流速逐渐增大，流体温度基本保持不变，所以壁面热流逐渐增大直到进入缺液区；进入缺液区后，二次侧流体含汽率大于0.8，换热机理发生变化，主要由蒸汽与壁面换热，壁面热流迅速减小；进入过热蒸汽段后，蒸汽与壁面温差逐渐减小，蒸汽流速变化不大，所以壁面热流逐渐减校不同流量的螺旋管入口处壁面热流相同，流量越大在螺旋管出口处的壁面热流越大。二次侧入口流量越大，换热能力越强，总换热功率越大。在过冷段和沸腾段，壁面热流远大于过热段，所以一、二次侧流体换热主要发生在过冷段和沸腾段。图2不同二次侧流量管内壁面热流沿管程分布Fig.2DistributionofInnerWallHeatFluxofHelicalTubealongPipelinewithDifferentFlowRates3CFD流动换热计算按照1.4节中HCOTSG平均管几何尺寸建立二次侧流体域三维计算模型，利用ANSYSCFX软件，以HCOTSG一、二次侧耦合热分析模型计算得到的二次侧壁面温度场为输入
28核动力工程Vol.41.No.5.2020流体处于过冷水状态。在离心力作用下，流体在螺旋外侧流速高于在螺旋内侧流速；流体在管内温度分布不均匀，螺旋内侧流体温度高于螺旋外侧流体温度。图3过冷段流体域横截面流体温度分布Fig.3TemperatureonCrossSectioninSubcooledSection3.2沸腾段热工特性分析z为1.2、1.5、1.8m处沸腾段螺旋管横截面二次侧液相质量分数分布如图4所示，在重力和离心力作用下，二次侧流体在螺旋管横截面水平和竖直方向均产生汽液分离，液相集中于螺旋管的外侧和下部，汽相集中于螺旋管的内侧和上部。z为1.2~2.4m范围内，在沸腾段，由于不断产生蒸汽，流体速度沿管程逐渐增大；由于壁面的摩擦作用，管道中心处流体速度高于两侧近壁面处流体速度（图5）。3.3过热段热工特性分析螺旋管高度在6.6~7.8m内，由过热段螺旋管中位面蒸汽温度场分布（图6）可知，与过冷段单相水温度场相似，蒸汽沿管程流速和温度逐渐升高；并且在离心力作用下，螺旋内侧蒸汽流速小于螺旋外侧，螺旋内侧蒸汽温度高于螺旋外侧。4结论本研究采用热分析模型计算和CFX三维模图4沸腾段流体域横截面液相质量分数Fig.4MassFractionofLiquidonCrossSection图5沸腾段流体域中位面流速Fig.5VelocityofFluidonMedianPlane拟相结合的方法，对HCOTSG稳态工况下整体运行和螺旋管内两相沸腾换热过程进行模拟计算。（1）热分析模型计算得到不同二次侧流量下，HCOTSG内一、二次侧工质温度、速度和压力等热工特性参数沿管程分布规律；一、二次侧工质换热主要发生在二次侧流体的过冷段和沸腾段。（2）螺旋管横截面流体流速和温度分布不均
【参考文献】：
期刊论文
[1]螺旋管蒸汽发生器的瞬态流动与传热特性[J]. 白博峰,郭烈锦,王学兴. 西安交通大学学报. 2002(09)
[2]螺旋管内气液两相流动和传热特性的研究[J]. 周芳德,陈学俊. 西安交通大学学报. 1987(05)
硕士论文
[1]螺旋管内核态沸腾流动与换热特性数值模拟分析[D]. 刘尚华.哈尔滨工程大学 2017
[2]螺旋管式直流蒸汽发生器建模与仿真研究[D]. 袁媛.哈尔滨工程大学 2015
本文编号：3135651
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