AP1000蒸汽發(fā)生器一次側(cè)流體的流動傳熱特性數(shù)值模擬研究.pdf

1、AP1000是我國從美國西屋公司引進(jìn)的第三代核電技術(shù)，蒸汽發(fā)生器是其中重要組成部分，也是一回路和二回路的連接樞紐。一回路為冷卻水經(jīng)反應(yīng)堆堆芯加熱后進(jìn)入蒸汽發(fā)生器，通過U型換熱管壁與二回路的水進(jìn)行傳熱，然后由泵輸送回反應(yīng)堆本體循環(huán)系統(tǒng)。一回路流體在蒸汽發(fā)生器內(nèi)的流動傳熱過程稱為一次側(cè)流動傳熱。一次側(cè)流體的流動換熱特性決定著一回路泵的選型、U型管束設(shè)計排布及與二次側(cè)的換熱特性等。目前傳統(tǒng)的研究方法還主要基于經(jīng)驗公式和實驗研究，本文采用CFD

2、數(shù)值模擬方法對一次側(cè)的流動換熱特性開展研究。論文工作主要包括AP1000蒸汽發(fā)生器各部件（下封頭、U型換熱管）的流動特性CFD數(shù)值模擬研究和蒸汽發(fā)生器整體流動傳熱特性數(shù)值模擬研究兩部分。
　　通過蒸汽發(fā)生器各部件的流動特性研究，建立了下封頭進(jìn)口腔室、出口腔室和單根U型管的CFD分析模型。下封頭進(jìn)、出口腔室建模時不僅保留了管板而且保留了10025根U型150mm高度的換熱管;下封頭進(jìn)、出口腔室的數(shù)值模擬獲得了腔室內(nèi)詳細(xì)流場分布、壓降

3、損失和進(jìn)入各U型管束的流量分布等流場特性，通過與壓力損失經(jīng)驗關(guān)系式計算結(jié)果對比，說明了傳統(tǒng)阻力模型并不能準(zhǔn)確描述這種復(fù)雜腔室內(nèi)的流動損失特性;按照平均長度建立了單根U型管的分析模型，并通過不同流量工況計算，擬合獲得單管的壓降特性與流速關(guān)系式，為蒸汽發(fā)生器整體計算時對U型管束模型簡化提供了依據(jù)。
　　AP1000蒸汽發(fā)生器一次側(cè)換熱管數(shù)量為10025根，平均單管長徑比達(dá)到1500，在管板上分布半徑達(dá)2m，如建立實際結(jié)構(gòu)整體CFD模型

4、所需模型網(wǎng)格數(shù)量要百億量級。本文采用多孔介質(zhì)模型對U型換熱管束結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡化，建立了蒸汽發(fā)生器一次側(cè)整體CFD分析模型。文中對建立U型管束多孔介質(zhì)模型所涉及的阻力模型、傳熱模型以及適應(yīng)U型結(jié)構(gòu)的模型參數(shù)設(shè)置進(jìn)行了詳細(xì)分析討論。對多孔介質(zhì)區(qū)域與下封頭結(jié)構(gòu)兩種聯(lián)接簡化模型（多孔介質(zhì)區(qū)域直接與下封頭腔室聯(lián)接和通過150mm的U型管與下封頭腔室聯(lián)接）的對比分析表明:兩種模型整體壓降計算結(jié)果與西屋公司提供的壓力損失，三者相差不超過5％，而進(jìn)入多孔區(qū)