基于两流体模型的蒸汽发生器热工水力数值研究

摘要

蒸汽发生器是压水堆核电厂一、二回路换热的枢纽设备,改进蒸汽发生器热工水力技术是完善核电厂技术的重要环节。大多学者采用多孔介质模型研究蒸汽发生器热工学、水动力性能,利用内热源与热边界条件代替传热管,忽视了管间湍流转换及管体热流传递作用,不能揭示实际蒸汽发生器一、二次侧耦合流动与传热过程。本文基于CFD方法对全尺寸蒸汽发生器热工水力进行了数值研究。
　　根据大亚湾核电站蒸汽发生器的结构及运行参数,在相似原理指导下,建立了蒸汽发生器单元管三维计算模型,采用两流体模型计算了一、二次侧耦合流动与传热过程,热相变模型描述汽液两相流动沸腾,MUSIG模型预测汽泡迁徙规律,并开展蒸汽发生器热工水力稳态特性的CFD研究,通过此数值模拟揭示了不同操作条件及结构参数下含汽率、表面传热系数、传热管内外壁温、一二次侧压力等关键参数分布规律,得出了与流致振动密切相关的流体横掠U型弯管的流动能量(Cross-flowenergy)。同时,通过对耦合四叶梅花形支撑板的单元管模型的数值计算,揭示支撑板对蒸汽发生器热工水力的影响规律。
　　计算结果表明:蒸汽发生器冷、热端呈不均匀沸腾规律;汽液滑速比在预热区快速增大而在沸腾区缓慢减小;二次侧平均表面传热系数与Rohsenow公式的计算结果基本吻合;基于流体能量在弯管区域分布规律,预测最严重的流致振动破坏发生在冷端θ=60°和热端θ=115°位置;支撑板改变水力结构,在支撑板上部产生回流现象,增添了支撑板区域杂质沉积及应力腐蚀的可能;支撑板附近的传热管外壁温度呈周期性变化规律,且沿一次侧流动方向,支撑管束的位置和流水孔之间的管外壁温差逐渐降低;根据有、无支撑板模型计算的流体能量对比,预示支撑板对减缓弯管区域流致振动破损无显著作用;考虑了汽泡聚合与破碎效应的MUSIG模型预测两相邻支撑板间出现汽泡由小到大的周期性分布。该CFD方法为蒸汽发生器结构设计和热工水力分析提供技术支持。

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第1章 绪论

1.1 研究目的与意义

1.2 国内外研究现状及发展方向

1.3 主要研究内容

第2章 蒸汽发生器热工水力分析理论基础

2.1 蒸汽发生器的热工计算

2.2 蒸汽发生器的水力计算

2.3 本章小结

第3章 蒸汽发生器热工水力模拟的数学模型

3.1 一次侧及传热管的控制方程

3.2 二次侧流动与沸腾传热模型

3.3 数值求解

3.4 本章小结

第4章 蒸汽发生器热工水力模拟计算及分析

4.1 数值模拟方案

4.2 设计工况下热工水力特性分析

4.3 流量分配对流动沸腾影响分析

4.4 不同工况下热工水力特性分析

4.5 本章小结

第5章 支撑板对蒸汽发生器热工水力特性影响

5.1 计算模型与网格

5.2 支撑板对热工水力特性影响的分析

5.3 支撑板对汽泡迁徙变化过程的影响

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢