發(fā)布時(shí)間：2020-08-25 20:41

【摘要】：當(dāng)前核電處于大發(fā)展時(shí)期,我國(guó)核電技術(shù)已經(jīng)相對(duì)成熟。在穩(wěn)步推進(jìn)核電向前發(fā)展的同時(shí),加強(qiáng)核電設(shè)備安全顯得尤其重要。蒸汽發(fā)生器是聯(lián)系核反應(yīng)堆系統(tǒng)一、二回路的樞紐,是核動(dòng)力裝置中的重要設(shè)備。在核電系統(tǒng)中,自然循環(huán)是一種由于冷卻劑溫度差產(chǎn)生沿程密度差,從而形成進(jìn)出口壓差作為驅(qū)動(dòng)力的循環(huán)流動(dòng)。研究發(fā)現(xiàn),自然循環(huán)不僅可以很好地提高核反應(yīng)堆的非能動(dòng)安全性,而且還能有效地增強(qiáng)核反應(yīng)堆一體化程度,使得核反應(yīng)堆堆芯通道內(nèi)不均勻的流量分配得到改善,所以現(xiàn)役的以及新一代的小型核反應(yīng)堆的設(shè)計(jì)研究中,自然循環(huán)都作為一項(xiàng)新技術(shù)備受青睞。但是,已有研究發(fā)現(xiàn),立式倒U型蒸汽發(fā)生器(UTSG)在自然循環(huán)工況下存在倒U管內(nèi)非常顯著的流動(dòng)不均勻現(xiàn)象,部分倒U管內(nèi)出現(xiàn)冷卻劑從管出口流回入口的倒流現(xiàn)象。這一倒流現(xiàn)象使得UTSG有效傳熱面積減少,流過(guò)反應(yīng)堆堆芯的流量減少。因此,自然循環(huán)工況下UTSG管內(nèi)倒流的研究具有重要意義。本文采用流體動(dòng)力學(xué)軟件FLUENT對(duì)自然循環(huán)工況下,UTSG 一次側(cè)進(jìn)行三維數(shù)值模擬。以蒸汽發(fā)生器并聯(lián)倒U型管內(nèi)流量正負(fù)值作為倒流的判據(jù),對(duì)自然循環(huán)工況下倒U型蒸汽發(fā)生器管內(nèi)倒流進(jìn)行研究,并將結(jié)果與核電熱工水力分析程序RELAP5/MOD3.3計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析,結(jié)果吻合良好。本文研究的主要內(nèi)容包括:在自然循環(huán)低流量條件下,研究蒸汽發(fā)生器一次側(cè)倒U型管內(nèi)倒流特性;針對(duì)管長(zhǎng)、入口初始流量、一次側(cè)入口質(zhì)量流速以及一次側(cè)入口溫度對(duì)倒U型蒸汽發(fā)生器管內(nèi)倒流的影響進(jìn)行研究分析;UTSG在不同傾斜方式以及不同傾斜角度的情況下,對(duì)其倒U管內(nèi)倒流特性進(jìn)行了研究。該研究對(duì)蒸汽發(fā)生器的熱工水力設(shè)計(jì)和海洋環(huán)境下UTSG的安全運(yùn)行具有主要意義。
【學(xué)位授予單位】：廈門大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TM623.4
【圖文】：

壓水堆是核電系統(tǒng)中應(yīng)用最為成熟的反應(yīng)堆，其核動(dòng)力裝置主要組成部分逡逑有：反應(yīng)堆堆芯及其輔助設(shè)備、一回路冷卻系統(tǒng)、二回路系統(tǒng)等。壓水堆核電逡逑站系統(tǒng)工作原理圖如圖１．１所示。逡逑１邐２邐３邐４邐５邐６＿邐７邐８逡逑１／邋ｕ邋Ｖ逡逑圖１．１壓水堆核電站系統(tǒng)工作原理圖［１］逡逑Ｆｉｇ．１．１邋Ｔｈｅ邋ｗｏｒｋｉｎｇ邋ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ＰＷＲ邋ｓｙｓｔｅｍ逡逑Ｉ－一回路系統(tǒng)；ＩＩ－二回路系統(tǒng)；逡逑１－堆芯燃料棒；２－壓力容器；３－控制棒；４－穩(wěn)壓器；５－蒸汽發(fā)生器；６－倒Ｕ逡逑型換熱管；７－汽輪機(jī)；８－發(fā)電機(jī)；９－二回路冷卻劑水泵；１０－冷凝裝置；１１－二回逡逑路水泵；１２－—回路水泵；逡逑一回路系統(tǒng)由堆芯（燃料棒、安全殼、控制棒等）、一回路冷卻系統(tǒng)（穩(wěn)壓逡逑器、一回路水泵和蒸汽發(fā)生器等）和其他相關(guān)輔助核電設(shè)備構(gòu)成。眾所周知，在逡逑壓水堆運(yùn)行過(guò)程中，如果堆芯內(nèi)水的溫度過(guò)高，產(chǎn)生沸騰，則會(huì)嚴(yán)重威脅著壓水逡逑堆的堆芯安全，所以壓水堆一回路冷卻水由－回路水泵打入堆芯后流經(jīng)堆芯帶走逡逑堆芯熱量時(shí)，應(yīng)該盡量避免堆芯冷卻劑過(guò)熱沸騰。從堆芯吸熱后的冷卻水經(jīng)過(guò)穩(wěn)逡逑壓器流入蒸汽發(fā)生器，最后，在蒸汽發(fā)生器中換熱后的冷卻水再次被一回路水泵逡逑送入核反應(yīng)堆堆芯進(jìn)行循環(huán)換熱流動(dòng)。在蒸汽發(fā)生器中，傳熱管將一次側(cè)冷卻劑逡逑１逡逑

（１）邋ＵＴＳＧ邋結(jié)構(gòu)逡逑立式倒Ｕ型蒸汽發(fā)生器由蒸汽發(fā)生器外殼、進(jìn)出口管、進(jìn)出口腔室、倒Ｕ型逡逑換熱管、汽水分離器以及其他輔助裝置構(gòu)成，蒸汽發(fā)生器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖１．２所逡逑示。兩個(gè)不同直徑的筒體構(gòu)成了ＵＴＳＧ整個(gè)外殼，其材料是低合金鋼板或者碳素逡逑鋼卷板。在筒體的上部為球形封頭，由低合金鋼板或者碳素鋼沖壓而成。二次側(cè)逡逑經(jīng)過(guò)汽水分離的干飽和蒸汽從外殼頂部的中心流出，筒體的中部采用錐形外殼，逡逑下端是球狀的封頭。立式倒Ｕ型蒸汽發(fā)生器一次側(cè)是由一回路冷卻劑進(jìn)出口圓逡逑管、進(jìn)出口腔室和倒Ｕ管構(gòu)成，其中，倒Ｕ管與立式倒Ｕ型蒸汽發(fā)生器的進(jìn)出口逡逑腔室之間采用管板連接。管板的材料一般為碳鋼鍛件，管板通過(guò)鉆孔將倒Ｕ管插逡逑入管板孔與進(jìn)出口腔室相連，管板上的鉆孔排布，即立式倒Ｕ型蒸汽發(fā)生器倒Ｕ逡逑管的進(jìn)出排布為菱形排布，使倒Ｕ管依據(jù)不同的管長(zhǎng)有序并行排列成管束。蒸汽逡逑發(fā)生器倒Ｕ管管束上裝有支撐板

ＲＥＬＡＰ５／ＭＯＤ３．３對(duì)ＵＴＳＧ進(jìn)行建模和節(jié)點(diǎn)劃分，將倒Ｕ管沿著管長(zhǎng)方向分成１０逡逑個(gè)控制體，將ＵＴＳＧ—次側(cè)總體結(jié)構(gòu)劃分為１６２個(gè)控制體進(jìn)行數(shù)值研究，ＵＴＳＧ節(jié)逡逑點(diǎn)劃分如圖１．４所示。章德模擬出了立式倒Ｕ型蒸汽發(fā)生器在自然循環(huán)條件下管逡逑內(nèi)倒流現(xiàn)象。該學(xué)者基于質(zhì)量、動(dòng)量和能量守恒方程研究立式倒Ｕ型蒸汽發(fā)生器逡逑ＵＴＳＧ在穩(wěn)態(tài)工況下倒Ｕ管內(nèi)冷卻劑的溫度分布和壓力分布特性。研究發(fā)現(xiàn)，立逡逑式倒Ｕ型蒸汽發(fā)生器倒Ｕ管內(nèi)冷卻劑溫度沿著傳熱管長(zhǎng)度方向逐步降低，倒Ｕ管逡逑內(nèi)流體的重位壓降和摩擦壓降對(duì)其進(jìn)出口壓降起到?jīng)Q定性作用。隨著立式倒Ｕ型逡逑蒸汽發(fā)生器ＵＴＳＧ入口總流量的變化，短管比長(zhǎng)管先發(fā)生倒流。逡逑Ｔ邋Ｔ邋Ｔ邋Ｖ邋■邋Ｔ邋Ｔ邋Ｔ逡逑ｖｊ邋Ｌｙ逡逑圖１．４ＳＧ—次側(cè)控制體劃分［２８］逡逑Ｆｉｇ．１．４邋Ｔｈｅ邋ｃｏｎｔｒｏｌ邋ｂｏｄｙ邋ｐａｒｔｉｔｉｏｎ邋ｉｎ邋ｐｒｉｍａｒｙ邋ｓｉｄｅ逡逑學(xué)者王川Ｗ對(duì)某一特定壓水堆中立式倒ｕ型蒸汽發(fā)生器的一回路單相水進(jìn)逡逑行ＲＥＬＡＰ５／ＭＯＤ３．３程序建模分析。該學(xué)者分別運(yùn)用了傳統(tǒng)的方法和集總參數(shù)法逡逑對(duì)立式倒Ｕ型蒸汽發(fā)生器進(jìn)行節(jié)點(diǎn)劃分，如圖１．５和圖１．６所示。該研究給出逡逑了立式倒Ｕ型蒸汽發(fā)生器ＵＴＳＧ在自然循環(huán)條件下倒Ｕ管內(nèi)的流量分布情況，研究逡逑了倒流發(fā)生的原因。此外，學(xué)者王川研究還發(fā)現(xiàn)，立式倒Ｕ型蒸汽發(fā)生器在自然循逡逑８逡逑

【參考文獻(xiàn)】

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5 章德;陳文振;王少明;;管長(zhǎng)對(duì)立式倒U型管蒸汽發(fā)生器流動(dòng)不穩(wěn)定性的影響分析[J];原子能科學(xué)技術(shù);2011年06期

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7 章德;陳文振;王少明;王川;;自然循環(huán)過(guò)渡過(guò)程UTSG一次側(cè)倒流特性研究[J];原子能科學(xué)技術(shù);2010年S1期

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9 楊瑞昌;劉京宮;黃彥平;劉若雷;覃世偉;;自然循環(huán)蒸汽發(fā)生器倒U型管內(nèi)的倒流計(jì)算[J];核動(dòng)力工程;2010年01期

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本文編號(hào)：2804173