非均匀通道印刷电路板式蒸汽发生器热工水力特性研究

发布时间：2021-08-02 22:38

　　随着核反应堆向小型化方向发展,迫切需要提升核反应堆用蒸汽发生器的效率和紧凑性。提出一种抑制两相流动不稳定性的新型非均匀通道印刷电路板式蒸汽发生器,采用分段热力设计方法对其热工水力性能进行了分析。计算结果表明,所提出的非均匀通道印刷电路板式蒸汽发生器比绕管式蒸汽发生器具有更好的热工水力性能和更小的体积,并且二次侧入口段缩小通道可以抑制两相流动不稳定,揭示了二次侧进口温度和过热度对换热器芯体长度和总压降及缩小通道长度和直径的影响规律。 

【文章来源】：中国科技论文. 2020,15(04)北大核心

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

印刷电路板式蒸汽发生器分段热力设计方法示意

印刷电路板式蒸汽发生器分段热力设计方法流程

印刷电路板换热器是一种典型的微细通道换热器,换热芯体中的流道通过化学蚀刻得到,截面形状为半圆形,直径最小可达微米级,换热芯体由多个冷板和热板交替堆叠而成,高温流体和低温流体分别在热板和冷板内的半圆形截面通道内流动以进行换热。将其作为蒸汽发生器时,参与换热的一次侧流体(高温流体)和二次侧流体(低温流体)均为水。本文提出的非均匀通道印刷电路板式蒸汽发生器如图1所示。在整个换热过程中,一次侧流体温度持续降低,但始终保持为单相液态;二次侧流体在入口处为具有一定过冷度的液态,流动过程中被一次侧流体加热,温度升高后逐渐发生汽化,随着热量的不断传入,在蒸汽发生器二次侧流体出口处完全蒸发为水蒸气。根据二次侧流体的流动状态,可将换热通道沿流动方向分为单相水段、两相段和单相蒸汽段。由于流体在换热通道内发生相变时,气液两相流体的流动状态较为紊乱,流动不稳定性增强,可能会导致流体的回流,这在实际工程应用中是必须要避免的。因此,为克服流动不稳定问题,本文在常规的印刷电路板换热器基础上,在二次侧流体通道入口段加入“缩小通道”的非均匀通道设计概念,即在二次侧流体发生相变前的液态区域设置流道直径较小的缩小通道,采用变直径的非均匀通道设计方法以增大液态区流体的流动阻力,通过类似节流的方式限制气液相变区域流体的回流,从而提高流体的流动稳定性。由图1(a)可以看出,二次侧流体从换热器的正面流入,从背面流出,一次侧流体从换热器的左右两侧分别流入和流出。冷板和热板内流体的流道均采用平直通道,两侧流体逆向流动以提升换热效率。一次侧和二次侧换热通道如图1(b)所示,其中二次侧入口段缩小通道和主流段通道的结构如图1(c)所示,可以看出,入口段缩小通道直径较小,主流段通道直径较大。在设计过程中,通过控制二次侧入口段缩小通道的直径和长度,以保证二次侧入口段缩小通道的流体阻力占据总阻力的80%以上,以抑制下游两相区流体的回流。根据设计结果,换热器缩小通道直径为0.5 mm,主流段通道直径为2.0 mm,换热芯体通道总长度为500 mm,缩小直径段长度为75 mm。


本文编号：3318398