非能动安全壳冷却系统CFD冷凝和蒸发模型研究

利用计算流体动力学(CFD)程序平台CASTEM,开发非能动安全壳冷却系统的冷凝、蒸发模型。冷凝模型中分别采用Buleev和k-ε两种湍流模型,蒸发模型采用了G.Aiello(2009)发展的液膜蒸发模型。试验验证分析表明,计算值与试验值吻合较好,所建立的冷凝、蒸发模型能较好地模拟非能动安全壳冷却系统在稳态下的传热传质特性。

过冷沸腾自然对流两相CFD模拟及应用

采用计算流体力学(CFD)方法,开展过冷沸腾自然对流两相模拟与应用研究。对侧壁加热圆柱水箱过冷沸腾自然对流实验采用两相CFD瞬态模拟,模拟时间为1 500 s,通过模型设置与模拟方法研究,再现了过冷沸腾发生后实验的温度阶跃,得到与实验较一致的温度分布、气泡产生时间与产生位置,确保了数值计算的合理性与准确性。在此基础上,对以欧洲ESBWR(经济简化沸水堆)非能动安全壳冷却系统(PCCS)为原型的ISP-42实验进行了两相CFD模拟,获得与实验一致的温度分布,确定采用两相CFD数值模拟对非能动安全壳冷却系统及非能动余热排出系统进行应用研究可行,为下一步计算传热系数、构建自然对流传热模型建立了良好基础。该项研究对工程应用中探寻非能动安全壳冷却系统及非能动余热排出系统的两相自然循环传热特性具有较大价值。

严重事故下水蒸气凝结对气溶胶扩散泳影响研究

基于模拟AP系列非能动安全壳冷却的气溶胶迁移机理试验平台,开展了在干燥及潮湿气氛下的气溶胶沉积试验。结果表明:在潮湿气氛下,气空间内气溶胶浓度会由于扩散泳沉积作用而衰减得更快,且水蒸气的凝结质量流量越大,气溶胶浓度衰减越快。证实了非能动安全壳冷却设计能够通过提高扩散泳沉积作用而强化气空间的气溶胶衰减。利用该特点,可针对性地采取措施增强水蒸气凝结,强化气溶胶扩散泳作用,提高安全壳内的放射性去除效果。

应用GOTHIC8.0程序模拟非能动安全壳冷却系统冷凝和蒸发现象的适用性研究

在非能动安全壳冷却系统(PCS)设计基准事故的排热过程中,安全壳内壁面蒸汽冷凝现象和安全壳外壁面水膜蒸发现象是两种非常关键的排热途径。本文应用GOTHIC8.0程序模拟了安全壳内壁面蒸汽冷凝和安全壳外壁面水膜蒸发传热过程,并通过蒸汽冷凝试验和水膜蒸发试验数据,对GOTHIC程序的模拟结果进行了分析和评价。研究结果表明:GOTHIC程序的蒸汽冷凝模型可较好地模拟蒸汽冷凝传热现象;水膜蒸发模型明显低估了水膜蒸发换热量,这对设计基准事故安全壳完整性分析是非常保守的,建议对GOTHIC程序进行适当开发,更好地模拟水膜蒸发换热过程。

AC600非能动安全壳冷却系统冷凝传热系数评价

用ＡＣ６００非能动安全壳冷却系统三维热工水力分析程序ＰＣＣＳＡＣＭＤ，对几种常用的冷凝传热系数结构关系式进行了比较。这些结构关系式包括Ｕｃｈｉｄａ关系式、ＧｉｄｏＫｏｅｓｔｌ关系式、Ｔａｇａｍｉ关系式和基于传热传质相似原理的关系式。研究认为，与ＧｉｄｏＫｏｅｓｔｌ关系式相比，基于稳态实验数据的Ｕｃｈｉｄａ关系式是比较保守的。虽然不同的冷凝传热系数结构关系式计算得到的冷凝传热系数差别较大，但对ＡＣ６００在冷段双端断裂大破口失水事故和主蒸汽管道断裂事故工况下的压力峰值影响不太大，而对热段双端断裂大破口失水事故工况下的压力峰值影响相对较大。研究还认为，Ｔａｇａｍｉ关系式在计算主蒸汽管道断裂事故时安全壳压力峰值最为保守。

被动蒸发冷却屋面在夏热冬冷地区的应用

被动蒸发冷却屋面作为一项节能技术,在夏热冬冷地区的应用目前并不广泛。在国家大力提倡节能降耗的背景下,被动蒸发冷却技术作为一项"被动式"技术可以有效地与"主动式"技术结合起来,最终达到一个节能舒适的室内居住环境。查阅相关研究成果,主要介绍了遮挡式蓄水屋面和含湿多孔材料屋面两种常见被动蒸发冷却屋面。利用CFD软件对其进行模拟,并与普通刚性屋面进行对比,从不同的角度对被动蒸发冷却屋面技术进行简要的分析。研究了被动蒸发冷却屋面的降温幅度以及建筑体型系数对其影响,分析了被动蒸发冷却屋面的热舒适性。

华龙一号非能动安全壳冷却系统循环水箱的热分层现象数值研究

华龙一号核电技术采用了非能动安全壳冷却系统的先进设计。作为一种自然循环系统,系统的冷却能力与其循环水箱的水温直接相关,循环水箱中的热分层现象研究对循环系统冷却能力的准确评估以及工程设计优化均有重要的现实意义。本文基于计算流体力学(CFD)技术对循环水箱升温过程进行了三维流动传热的数值模拟。研究表明,循环水箱中存在较为明显的热分层现象,总体上呈现水池顶部温度波动大,而底部等温层较为平缓的特点,系统循环功率和循环流量均会对水箱的升温过程产生影响:功率增大、流量减小均会促使水箱内产生较明显的热分层现象,同时也会使水箱平均温度偏高,出口水温也相应较高。2列循环系统出现循环功率或流量不均衡对水箱平均温度以及出口温度的升高过程基本无明显影响,因此非能动安全壳冷却系统水箱对系统循环能起到一定的自稳定的效果。

非能动安全壳冷却系统传热传质模型研究

安全壳分析程序CONTAIN采用的滞止液膜模型(SFM)对非能动安全壳冷却系统冷凝质量流量的预测低于试验值。因此,根据扩散层模型(DLM)与SFM在计算冷凝质量流量是等效的,通过对比利用质量分数形式菲克定律发展的改进扩散层模型(GDLM)与DLM的差异,对不可凝气体存在下的CONTAIN冷凝和蒸发模型加以改进。利用冷凝板试验和热板蒸发试验对改进后的CONTAIN程序进行验证,结果表明改进后模型计算的传热系数和传质系数比原模型更接近试验值。

安全壳冷却试验蒸发特征数不确定度评定方法及其应用

建立了非能动安全壳冷却系统性能试验中壳外蒸发散热现象无量纲特征数的不确定度计算模型,并对某次试验中壳外蒸发特征数的不确定度进行了详细计算和分析.结果表明:在现有试验精度下和所关注的试验时间范围内,蒸发特征数的2倍扩展相对不确定度约为10%;壳内释放蒸汽质量流量对蒸发特征数不确定度的影响最大,冷却水进、出口质量流量的影响次之,提高这3方面的测量精度可有效减小蒸发特征数的不确定度.

管束效应对含空气蒸汽冷凝传热影响数值分析

采用数值模拟的方法分析管束效应对管外含空气蒸汽冷凝传热的影响。基于3×3管束,分析了管间距在1.5d^5d(d为管径)范围内的管束效应及管间距对局部和平均冷凝传热性能的影响。在管间距为1.5d条件下讨论了管束结构对冷凝传热性能的影响。结果表明,管束效应包括高浓度空气层的抑制传热作用和管束抽吸效应的强化传热作用。随着管间距的减小,第2类和第3类传热管主要受高浓度空气层的影响,第1类传热管主要受管束抽吸效应的影响。当管间距为1.5d时,第2类和第3类传热管的传热系数分别比单管恶化了6%和29%,而第1类传热管比单管增加了2.5%;在1.5d管间距条件下,管束抽吸效应随管列数的增加而明显增大,导致管束平均冷凝传热系数(hb)逐渐增大。当管列数达到20列时,hb高于单管。

基于MELCOR程序的AP1000核电厂安全壳瞬态事故分析

以AP1000安全壳及其非能动安全壳冷却系统为研究对象，采用MELCOR2．1程序和辅助建模程序SNAP进行了详细的三维建模，模拟了安全壳冷却过程中对流传热、蒸汽冷凝及液膜蒸发等传热传质过程，使用液膜跟踪模型模拟非动能安全系统（passive containment cooling system，PCS）的特性，分析了冷段双端剪切断裂事故下的安全壳热工水力瞬态过程，给出了事故后各阶段主要参数的计算结果。此外，还对液膜覆盖率和液膜覆盖时间的影响进行了研究。结果表明：MELCOR程序能很好地模拟非能动安全壳冷却系统的热工水力现象，本研究使用了与设计单位完全不同的软件体系，独立地验证了该堆型在大破口事故下的安全性，可为后续应用程序分析核电厂安全壳系统响应特性提供参考和借鉴。