核动力蒸汽发生器三维热工水力分析程序STAF的发展与应用

蒸汽发生器(SG)作为核动力系统一、二次侧能量转换枢纽,保证其安全运行至关重要。为对标国外先进SG三维热工水力分析程序,西安交通大学核反应堆热工水力团队(NuTHeL)基于多孔介质方法和漂移流模型自主开发了SG三维热工分析程序——STAF系列。初始程序STAF1.0将SG一次侧简化为一维流动,与采用多孔介质模型的二次侧实现耦合换热。为实现蒸汽发生器一、二次侧全三维高精度耦合分析,团队基于局部精细化建模结合重叠网格方法,进一步开发了一、二次侧全三维耦合瞬态分析程序STAF-CT(STAF2.0)。近些年,团队基于开源CFD平台OpenFOAM开发了STAF3.0版本,在原有计算功能基础上实现了并行计算,大幅提高了计算效率。本文详细介绍STAF系列程序数学物理模型、开发验证过程,并重点介绍STAF系列程序在核工程领域典型应用,包括SG三维稳态及瞬态热工水力特性分析、带轴流式预热器强化换热、堵管运行、二次侧^(16)N迁移、腐蚀沉积和海洋条件下SG热工水力响应特性等。