污垢效应对螺旋管式蒸汽发生器蒸干点影响分析研究

螺旋管式蒸汽发生器(HOTSG,Helical coiled Once-Through Steam Generator)的蒸干点位置由于传热恶化会带来额外的风险,而工质中的腐蚀产物会沉积在传热管表面形成积垢影响螺旋管蒸干点的产生位置,本研究基于自主开发螺旋管模型的热工水力系统程序WISTARIA,分析了不同的积垢厚度对螺旋管式直流式蒸汽发生器传热管换热系数、含气率、蒸干点生成位置的影响程度。研究结果表明,螺旋管式直流蒸汽发生器积垢后,局部换热性能下降,进而影响压降与临界含气率,并影响蒸干点的液膜破碎过程。本研究结果为考虑积垢对螺旋管式直流式蒸汽发生器蒸干点的影响提供了设计参考依据。

基于多孔介质方法的铅铋螺旋管式直流蒸汽发生器设计优化研究

本文提出了基于多孔介质方法,铅铋螺旋管式直流蒸汽发生器开展数值模拟,并通过与三维数值模拟结果的对比验证了多孔介质模拟方法的正确性。基于此方法,对给定工况条件的铅铋螺旋管蒸汽发生器开展了设计研究。在1.5 MW功率目标下,发现四层螺旋管的布置方式具有最优综合性能。在此基础上,通过综合性能评价指标对不同工况条件下不同几何参数的螺旋管蒸汽发生器开展性能评价,并运用多元线性拟合探究在工况以及几何范围内综合性能最佳的几何模型,最高性能提升达到3.37%。本研究为铅铋螺旋管式直流蒸汽发生器数值模拟及设计优化提供新的方法参考。

螺旋管式直流蒸汽发生器的集总参数动态模型

基于基本的流体质量、能量和动量守恒原理,建立了10 MW高温气冷堆螺旋管式直流蒸汽发生器的动态数学模型。模型采用了集总参数的建模方法,将蒸汽发生器作为单管模型处理,分为热水段、蒸发段和过热段,且各段间具有可移动的边界。对建立的模型进行了静态和动态仿真,仿真结果表明,所建立的模型是正确和有效的,能够用来进行蒸汽发生器的动态特性仿真。

螺旋管式直流蒸汽发生器的准稳态数学模型

为了满足模拟机实时仿真核电站一、二回路工况的需要,根据流体的质量、动量和能量守恒原理,建立了适合模拟机要求的螺旋管式直流蒸汽发生器的准稳态数学模型。该模型将蒸汽发生器作为单管模型处理,并根据水的状态将蒸汽发生器分为单相水段、两相段和过热段三大段,每大段又细分若干小段。该数学模型方程采用变步长四阶龙格库塔法联立求解一、二次侧主要热工参数。对典型工况的稳态仿真计算和研究分析表明,该模型是正确的。

液态金属螺旋管式直流蒸汽发生器数值模拟研究

螺旋管式直流蒸汽发生器(HCOTSG)是一种蒸汽发生器常用形式。得益于其特殊的优势,HCOTSG被广泛用于各类反应堆动力系统中。本文提出了利用计算流体力学软件(FLUENT)对液态金属HCOTSG的壳侧液态铅铋、管侧两相流体进行耦合流动传热计算的CFD方法,并通过与相关实验研究结果的对比验证了数值模拟方法的正确性。在此基础上,本文对HCOTSG在典型工况下开展了数值模拟计算,得到蒸汽发生器内部的热工水力参数分布情况,并对其内部的流动换热特性进行分析。本研究为液态金属HCOTSG流动换热特性研究及结构设计优化提供新的思路方法。

小型压水堆螺旋管式直流蒸汽发生器热工水力特性试验及数值模拟研究

螺旋管式直流蒸汽发生器(H-OTSG)因结构紧凑和换热效率高等特点被广泛应用于小型模块化反应堆。本文开展了在不同热功率下的全尺寸H-OTSG热工水力特性试验。稳态传热特性试验结果表明,随着功率增加,H-OTSG平均传热系数先增加后减小。流动不稳定性试验结果表明,随着功率增加,临界入口节流系数降低,即系统稳定性随着功率的增加而提高。开展了H-OTSG稳态传热特性和流动不稳定性的参数敏感性研究,结果表明在热功率较低时平均传热系数对管侧压力和壳侧入口温度不敏感;当热功率大于1.2 MW时,随管侧压力的降低和壳侧入口温度的升高,H-OTSG平均传热系数增加但也降低了系统的稳定性。本文还开展了H-OTSG热工水力特性的数值模拟,验证了一维程序SGTH-1D在预测H-OTSG稳态传热特性和流动不稳定性的准确性。

横向流下螺旋管束流致振动研究

螺旋管式换热器结构紧凑、热补偿性优良,用于小型模块化核反应堆中,其壳程内的流致振动(FIV)是诱发换热管失效的一个重要原因。针对核电站中的螺旋管式蒸汽发生器内部螺旋管流致振动问题,建立考虑支撑结构约束下的螺旋管有限元模型,采用三阶模态叠加下的计算流体动力学(CFD)/计算结构动力学(CSD)耦合方法,研究了相邻管的振动对目标管振动的影响。研究结果表明,三阶模态叠加耦合方法能更加精确地模拟换热管振动响应,流场中相邻两管的振动对目标管升力方向上的振动有明显的削弱现象。

运动条件螺旋管内流动换热特性研究

基于运行空间、安全性等因素考虑,海洋核动力系统多采用一体化小型反应堆设计,螺旋缠绕管式蒸汽发生器由于结构紧凑、热效率高等优点而广泛应用于海上反应堆系统。在海洋条件下运行时,反应堆蒸汽发生器的流动和换热特性受运动条件影响而产生非线性改变。本研究通过开展海洋条件下自然循环系统螺旋管二次侧流动换热特性试验,揭示了典型海洋条件对螺旋管内单相流动阻力和流动换热特性的影响规律。结果表明:横摇运动对自然循环及流动换热的影响较为显著;基于二次开发的RELAP5程序对试验回路进行建模计算,通过与试验值的对比验证了此程序对海洋条件下反应堆建模计算的可行性。

HTR-10螺旋管直流蒸汽发生器实时动态模型

为满足 10 MW高温气冷反应堆 ( HTR-10 )半实物仿真系统实时仿真的需要 ,在已有 HTR-10螺旋管式直流蒸汽发生器复杂的具有分布参数和非线性动态数学模型的基础上 ,通过采用“预估分区变间距”与“动态网格划分”方法 ,对模型进行了实时求解。典型工况下的动态仿真研究分析表明 :模型实时求解的结果与原有模型相比较 ,动态结构相同 ,仅参数略有变化 ,动静态结果的精度能够满足要求 。

旋向对螺旋管束内铅铋流动传热特性影响的数值模拟研究

螺旋管式直流蒸汽发生器(H-OTSG)被广泛应用于液态金属反应堆的设计中,其中相邻的径向螺旋管束可以布置为同一旋向或相反旋向,不同的旋向策略会影响到蒸汽发生器壳侧的流动行为。为探究不同旋向对螺旋管束中铅铋流动与传热特性的影响,采用剪切应力输运(SST k-ω)模型、湍流模型和Kays湍流普朗特数(Prt)模型对其进行数值模拟研究。首先通过现有液态金属横掠棒束实验对数值方法进行了验证;其次建立了同一旋向和交替旋向2种螺旋管束模型,比较了其传热和阻力的差异;最后从流场的角度对产生差异的原因进行了分析。结果表明,交替旋向的螺旋管束中的阻力和传热分别比同一旋向管束高7.1%和4.4%,这是因为交替旋向管束中的速度场更均匀且湍流交混更强。