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

以大亚湾核电站蒸汽发生器为原型,基于相似模化原理建立了蒸汽发生器简化物理模型。采用两流体模型及热弹性力学基本关系式分别描述气液两相流沸腾相变过程和热应力变化规律。利用CFX对一、二回路侧流体流动传热及与传热管的耦合换热过程进行了数值模拟,并在ANSYS WORKBENCH中实现了流体温度场载荷向结构的传递,进而对传热管进行稳态热分析和热应力分析。计算结果表明:二回路出口质量含汽率为24.5%,冷却剂出口温度为296.2℃,均与大亚湾蒸汽发生器实际运行参数相符;传热管热应力与其壁面温差分布一致,且沿壁厚方向先减小后增大,并存在中性层,传热管最大热应力为54.5MPa。研究结果为蒸汽发生器的优化设计及安全运行提供了一定的理论支撑。

蒸汽发生器降负荷过程热工水力特性瞬态数值分析

基于大亚湾核电站蒸汽发生器实际运行过程,采用CFD技术,对其100%~50%工况的降负荷过程进行瞬态模拟,以揭示蒸汽发生器流动传热特性在降负荷过程中的动态变化规律。计算结果表明,降负荷过程中,一、二次侧流体热工参数均随时间降低,而且随着换热强度下降,支撑板(TSPs)对二次侧含汽率、流速及表面换热系数的扰动作用也逐渐减弱。对应于100%、70%及50%三种工况,一次侧流体出口温度分别为297.2、295.6和294.8℃,二次侧出口流体平均质量含汽率分别为24.5%、16.7%和12.1%,模拟结果均与大亚湾核电站运行过程中的实际值相符。研究结果为蒸汽发生器的安全运行及优化设计提供了理论参考。

基于流固耦合的蒸汽发生器换热管结构应力分析

以核电站蒸汽发生器为研究对象,采用两流体模型描述二次侧汽液两相流动及沸腾换热,利用CFX对一、二次侧流体与换热管及支撑板的耦合流动换热进行三维数值模拟,在此基础上提取一、二次侧流体压力载荷,在Workbench平台中实现载荷向结构模型的传递,计算换热管结构应力。流固耦合计算结果表明:支撑板位置处二次侧流体流速迅速增大又快速减小,并且流体湍流耗散急剧增大造成二次侧流体压力损失增大;换热管压力应力取决于一、二次侧流体压差,整体平均压力应力约为58MPa,与实际测量参数相符。

管束外垂直上升汽液两相流沸腾传热特性的数值模拟

以唐琦琳的管束外垂直上升汽液两相流沸腾传热试验台为原型,进行基于CFX的管束外垂直上升汽液两相流沸腾传热特性数值模拟,得出了不同入口温度、热流密度、质量流速下管束外狭窄通道的热工水力特性。沿管束高度流体温度的模拟结果与实验结果的最大相对偏差为3.5%,从而证明了数值计算的有效性和正确性。在此基础上,探讨了汽液两相流速度分布、沸腾压降与含汽率及其影响因素。

基于漂移流理论的蒸汽发生器动态特性

以大亚湾核电站U型管自然循环蒸汽发生器为研究对象,根据蒸汽发生器上升通道沸腾段特点,建立了适合工程应用的漂移流模型动态方程。在验证稳态工作特性及与漂移流理论所涉及的关键参数准确性的基础上,进行了蒸汽发生器动态特性仿真与分析。结果表明,所建立的漂移流模型能够较准确地反映蒸汽发生器两相流的流动与换热特性。随着扰动的添加蒸汽发生器各参数都表现出合理的变化趋势,并准确地模拟出"虚假水位"现象,且负荷越高水位对扰动的响应速度与程度越大。

传热管泄漏对蒸汽发生器动态特性的影响

以大亚湾核电站蒸汽发生器为研究对象,建立了基于漂移流理论的蒸汽发生器一维动态数学模型及传热管泄漏模型,并进行了蒸汽发生器不同工况下的稳态仿真。在验证所建立漂移流模型和传热管泄漏模型的基础上,研究了不同工况下传热管泄漏位置及泄漏流量对蒸汽发生器关键参数的影响。研究结果表明,所建立的漂移流模型和传热管泄漏模型能准确反映不同泄漏情况下蒸汽发生器质量含汽率及蒸汽压力等关键参数的变化规律,泄漏发生在热端沸腾段入口处时各参数变化最显著,泄漏量为冷却剂流量的5%时出口质量含汽率由0.261降到0.163。基于漂移流理论传热管泄漏对蒸汽发生器动态特性影响的成功预测,为蒸汽发生器传热管泄漏事故的监测与防范措施的制定提供一定参考。

H-25型燃气轮机及国内技术引进应用

基于H-25型燃气轮机发展历程和技术特点,结合国内燃气轮机发展现状及节能减排需求,阐述H-25型燃气轮机技术引进的必要性和重要意义。在国内H-25型燃气轮机成功应用的基础上,通过引进燃气轮机核心技术,实现H-25型燃气轮机国产化生产和集成配套,弥补国产工业型燃气轮机在30~40 MW功率等级的空白,优化燃气-蒸汽联合循环系统,降低区域型分布式能源系统的初投资和运行成本,打破国外供货商对燃气轮机及售后维护的技术垄断,同时为推进国家能源结构调整、实现节能减排奠定基础。

基于群体平衡原理的蒸汽发生器汽液两相流动与沸腾数值模拟

基于相似原理建立了耦合四叶梅花形支撑板的蒸汽发生器'单元管'三维物理模型。采用考虑汽泡聚合与破碎效应的MUSIG(multiple-size-group)模型描述二次侧汽泡尺度分布和水力特性,热相变模型计算二次侧汽液两相沸腾相变过程,对大亚湾蒸汽发生器汽液两相流动与沸腾过程进行数值研究。模拟结果表明,支撑板位置处汽、液相流速均急剧升高,产生射流,在离开支撑板孔口时迅速形成回流。两相邻支撑板间出现明显的汽泡由小到大的周期性变化过程,冷、热端沿程汽泡最大直径缓慢减小。二次侧平均传热系数与Rohsenow经验关联式的计算结果吻合较好。

燃气轮机黑启动过程及柴油发电机组容量选择研究

H-25型燃机工艺系统简单,启动迅速,可作为电网中良好的黑启动电源点。文章重点研究其黑启动过程,给出了黑启动过程中辅机投入次序,研究工艺系统在不同阶段的功率需求。在相关规范的基础上,结合根据柴油机制造商提供设备性能数据,对黑启动所需的柴油发电机组容量进行优化计算。

支撑板缝隙对蒸汽发生器热工水力特性的影响

采用CFD方法数值研究支撑板缝隙对蒸汽发生器热工水力特性的影响,获得了一次侧流体温度,二次侧流体温度、传热系数、质量含汽率以及传热管温度等关键热工水力参数的局部分布规律,计算所得出口质量含汽率与大亚湾核电站实际运行参数相符;支撑板缝隙处传热管壁温高于流水孔处,支撑板处传热管外壁温度沿圆周方向变化呈周期性波动,无缝隙结构的波动幅度明显高于有缝隙结构。缝隙处质量含汽率高于流水孔处,而流体平均流速小于流水孔处,导致缝隙中液体不足,增加了支撑板缝隙处杂质浓缩和传热管应力腐蚀的可能。