【摘要】：隨著科技的發(fā)展和人民生活水平的不斷提高,人們對(duì)電力的消費(fèi)量逐年增加,預(yù)計(jì)到2030年電力將超過(guò)石油成為最主要能源。核電作為一種低碳、清潔和經(jīng)濟(jì)的能源得到了快速的發(fā)展。然而,核電也面臨安全、鈾資源短缺和乏燃料處理處理等問(wèn)題。為此,各國(guó)專家提出共同開發(fā)新一代核反應(yīng)堆,鈉冷快堆由于鈉的本征安全性及可增殖核燃料、嬗變長(zhǎng)壽命放射性廢物等特性受到了世界各國(guó)的廣泛關(guān)注。蒸汽發(fā)生器作為鈉冷快堆鈉-水回路的壓力邊界,對(duì)反應(yīng)堆安全承擔(dān)著重要的作用。一旦其傳熱管在汽-液兩相側(cè)由于結(jié)垢腐蝕發(fā)生泄漏,將導(dǎo)致嚴(yán)重的鈉水反應(yīng)事故發(fā)生。除安全因素外,結(jié)垢還會(huì)降低蒸汽發(fā)生器傳熱管的熱工水力性能。本文對(duì)傳熱管結(jié)垢機(jī)理進(jìn)行研究,建立了鈉冷快堆直流式蒸汽發(fā)生器傳熱管結(jié)垢模型,并用Fortran語(yǔ)言編輯了傳熱管結(jié)垢模擬程序。程序包含熱工水力模塊和結(jié)垢計(jì)算模塊,將熱工水力模塊得到的熱工參數(shù)作輸入值導(dǎo)入結(jié)垢計(jì)算模塊計(jì)算傳熱管軸向污垢厚度分布,然后將污垢厚度反饋到熱工水力模塊更新熱工參數(shù)。熱工水力模塊基于子通道分析程序開發(fā),在原程序基礎(chǔ)上增加了鈉物性模塊、鈉壁面?zhèn)鳠崮Ｐ秃外c摩擦壓降模型,實(shí)現(xiàn)了一次側(cè)流道(介質(zhì)鈉)和二次側(cè)流道(介質(zhì)水)的整體計(jì)算模擬。結(jié)垢計(jì)算模塊主要研究了微粒結(jié)垢和析晶結(jié)垢,根據(jù)結(jié)垢機(jī)理和流型對(duì)結(jié)垢的影響,沿傳熱管軸向分為了單相液體區(qū)、小泡狀流區(qū)、彈狀-環(huán)狀流區(qū)、干涸缺液區(qū)和單相蒸汽區(qū)。并通過(guò)程序預(yù)測(cè)了傳熱管軸向主流溫度分布、傳熱管壁溫分布、傳熱管熱流密度分布和污垢厚度分布,及它們隨時(shí)間的變化情況,此外,還分析了水化學(xué)參數(shù)、熱工參數(shù)和幾何參數(shù)對(duì)結(jié)垢量的影響。本文第二章介紹了相關(guān)熱工參數(shù)的計(jì)算方法和熱工模塊計(jì)算邏輯;第三章介紹了結(jié)垢機(jī)理和結(jié)垢計(jì)算模塊的計(jì)算方法;第四章建立了蒸汽發(fā)生器的物理模型,并用Basset實(shí)驗(yàn)和Turner實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了結(jié)垢模塊計(jì)算的可行性;第五章以中國(guó)實(shí)驗(yàn)快堆設(shè)計(jì)參數(shù)為輸入值,用傳熱管結(jié)垢模擬程序進(jìn)行了計(jì)算。結(jié)果表明,隨著反應(yīng)堆運(yùn)行時(shí)間變長(zhǎng),污垢厚度增加,并逐漸趨于穩(wěn)定;在傳熱管干涸沸騰區(qū)結(jié)垢最嚴(yán)重,運(yùn)行10個(gè)月后,污垢厚度可達(dá)26μm左右。主流溫度沿傳熱管軸向逐漸增大,在兩相區(qū)維持飽和溫度不變;在單相液體區(qū)和單相蒸汽區(qū)隨運(yùn)行時(shí)間先增加后減小,在兩相區(qū)基本不隨運(yùn)行時(shí)間變化。傳熱管壁面溫度沿軸向變化與主流溫度類似,但在氣液兩相-單相蒸汽過(guò)渡點(diǎn)會(huì)發(fā)生突增;在單相液體區(qū)隨運(yùn)行時(shí)間逐漸增大,在單相蒸汽區(qū)逐漸減小,在兩相區(qū)基本不變。熱流密度沿傳熱管軸向會(huì)有很大的波動(dòng),在單相水-氣液兩相過(guò)渡點(diǎn)達(dá)到最小值,氣液兩相-單相蒸汽過(guò)渡點(diǎn)達(dá)到最大值然后急劇減小;傳熱管熱流密度隨運(yùn)行時(shí)間先增大后減小,這是由于少量的結(jié)垢增大了換熱面積,傳熱能力增加。此外,隨污垢粒子濃度、顆粒直徑、傳熱管直徑和熱流密度增大,結(jié)垢速度增大;隨質(zhì)量流量和剝蝕系數(shù)增大,結(jié)垢速度減小。
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TL353.13
【圖文】：

重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文對(duì)核燃料利用率的 80 倍，且熱堆中卸出的乏燃料也可作為快堆的燃料。鈉冷快堆的工作原理如圖 1.1 示。鈉冷快堆由快中子引起核裂變反應(yīng)并維持鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，以液態(tài)金屬鈉為冷卻劑，其包含四個(gè)回路系統(tǒng)。一回路位于堆芯，通過(guò)冷卻劑液態(tài)金屬鈉將裂變反應(yīng)產(chǎn)生的熱量帶出傳遞給二回路傳熱管內(nèi)的液態(tài)金屬鈉；二回路被加熱的高溫液態(tài)金屬鈉從蒸汽發(fā)生器上端流入下端流出，并將熱量傳遞給三回路傳熱管內(nèi)的水；三回路凈化水從蒸汽發(fā)生器下端流入，然后被加熱成高溫高壓的水蒸氣從上端流出用于推動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電；四回路是一個(gè)開式回路，其將汽輪機(jī)排出的乏氣中難以利用的低品質(zhì)熱量帶入江河或海中。

圖 1.2 冷凝給水系統(tǒng)原理圖Fig 1.2 Illustration of a typical condenser-feedwater systemSawicki 等人[7,8]對(duì)重水堆冷凝給水系統(tǒng)各個(gè)位置收集到的腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行穆斯堡爾分析，發(fā)現(xiàn)主要成分是磁鐵礦、赤鐵礦、纖鐵礦和少量的針鐵礦。壓水堆腐蝕產(chǎn)物成分和重水堆類似，主要是磁鐵礦和赤鐵礦，但纖鐵礦和針鐵礦相對(duì)更少[8,9]。在壓水堆冷凝給水系統(tǒng)各個(gè)位置安裝孔徑 0.45μm 的過(guò)濾器和陽(yáng)離子交換膜，對(duì)收集到的鐵進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)超過(guò) 90%（質(zhì)量份額）的鐵是以懸浮顆粒的形式輸送到蒸汽發(fā)生器，剩余是鐵膠體和溶解鐵組合而成[9,10]。核動(dòng)力院的周軍等人用 2400X 電鏡掃描觀察蒸汽發(fā)生器傳熱管外表面覆蓋的一層紅棕色物質(zhì)，發(fā)現(xiàn)其厚度范圍為 5um-22um，用 X 射線衍射進(jìn)行物相分析，主要成分為 NiFe2O4，其與冷凝給水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)材料腐蝕產(chǎn)物的主要成分相同，會(huì)增加傳熱管熱阻-9 27.55 10 m h ℃/kcal[11]。傳熱管表面發(fā)生嚴(yán)重的結(jié)垢時(shí)，會(huì)降低傳熱效率，減少傳熱管壽命，所以在核電站停堆期間，會(huì)對(duì)傳熱管外表面及管板區(qū)域污垢進(jìn)行視頻檢查，但視頻檢查范圍有限且工作量大，不能對(duì)全部管束和支

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2716791