【摘要】：在核電站發(fā)生LOCA(Loss of Coolant Accident)和MSLB(Main Steam Line Break accident)等極限事故工況下,大量高溫高壓的蒸汽噴放進(jìn)入安全殼的空間內(nèi)部從而導(dǎo)致其升溫升壓,進(jìn)而可能對(duì)安全殼的完整性造成損害。為了保護(hù)包容放射性產(chǎn)物的最后一道安全屏障不被破壞,達(dá)到降溫降壓的目的,必須對(duì)進(jìn)入安全殼的高溫蒸汽進(jìn)行及時(shí)有效冷卻。先進(jìn)壓水堆核電技術(shù)中的非能動(dòng)安全殼冷卻系統(tǒng)(PCCS)作為最終熱阱,可以有效冷卻進(jìn)入安全殼的蒸汽,在72小時(shí)沒有人為干預(yù)的情況下有效保證安全殼不會(huì)超壓失效。對(duì)非能動(dòng)安全殼冷卻系統(tǒng)進(jìn)行深入研究具有重要意義。其中,對(duì)安全殼大氣空間內(nèi)蒸汽與空氣混合后在鋼制安全殼壁面凝結(jié)換熱特性的研究便是PCCS系統(tǒng)的關(guān)鍵問題之一。本文應(yīng)用計(jì)算流體力學(xué)分析方法,對(duì)安全殼的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化,應(yīng)用Pro/E軟件建立安全殼的三維幾何仿真計(jì)算模型。對(duì)安全殼內(nèi)穩(wěn)態(tài)空氣自然循環(huán)散熱情況下的溫度場(chǎng)和速度場(chǎng)進(jìn)行分析,比較此工況下對(duì)流換熱和輻射換熱的大小關(guān)系。結(jié)果表明輻射換熱量與對(duì)流換熱量在同一個(gè)量級(jí),且在數(shù)值上大于對(duì)流換熱量。通過加載計(jì)算含空氣蒸汽凝結(jié)換熱的UDF模型實(shí)現(xiàn)利用FLUENT軟件對(duì)安全殼內(nèi)蒸汽凝結(jié)的三維數(shù)值仿真研究。計(jì)算分析蒸汽以恒定流量進(jìn)入安全殼的流動(dòng)分布情況以及其在安全殼壁面處的凝結(jié)換熱特性,發(fā)現(xiàn)在此情況下蒸汽會(huì)在安全殼上部有較高的濃度且其分布形成明顯的分層,在蒸汽冷凝總的換熱過程中凝結(jié)換熱量是對(duì)流換熱量的2~3倍,凝結(jié)換熱系數(shù)和對(duì)流換熱系數(shù)都隨著蒸汽質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而增大,且沿安全殼壁面從上到下是遞減的。對(duì)所選用的兩種計(jì)算冷凝傳熱系數(shù)的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式進(jìn)行了對(duì)比分析和評(píng)價(jià),發(fā)現(xiàn)采用Uchida實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式的計(jì)算結(jié)果更為保守。通過對(duì)三種不同蒸汽入口條件下計(jì)算得到的蒸汽分布、凝結(jié)和對(duì)流換熱系數(shù)進(jìn)行對(duì)比分析,發(fā)現(xiàn)蒸汽入口速度對(duì)其在安全殼內(nèi)的流動(dòng)分布與凝結(jié)特性有顯著影響。建立鋼制安全殼外空氣上升環(huán)形通道的二維軸對(duì)稱仿真計(jì)算模型,對(duì)安全殼外壁面下降水膜蒸發(fā)換熱與流道內(nèi)的空氣流動(dòng)特性進(jìn)行初步研究。對(duì)比分析了豎直段環(huán)形流道間距與入口空氣溫度對(duì)流動(dòng)換熱特性的影響,發(fā)現(xiàn)環(huán)形通道間距大小對(duì)通道內(nèi)流動(dòng)換熱有明顯影響,入口空氣溫度對(duì)空氣上升環(huán)形通道內(nèi)的流動(dòng)換熱影響比較明顯,但對(duì)安全殼封頭的換熱性能基本沒有影響。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TL364.3
【圖文】：

哈爾濱工程大學(xué)碩士論文害具有重要作用。1979 年的三哩島事故由于安全殼的質(zhì)泄漏至環(huán)境，大大緩解了事故的后果，而 1986 年的島事故，都是由于沒有安全殼或安全殼設(shè)計(jì)不合理被破造成災(zāi)難性后果[5-6]。因此，事故工況下保證安全殼的重要課題。AP1000 非能動(dòng)安全殼冷卻系統(tǒng)示意圖如圖

圖 2.2 所示的即為本系統(tǒng)原理圖，鋼制安全殼容器標(biāo)高 40.31m 以上部分殼體作為非能動(dòng)安全殼冷卻系統(tǒng)的一個(gè)整體傳熱表面，殼內(nèi)的高溫蒸汽與安全殼內(nèi)表面發(fā)生對(duì)流與凝結(jié)換熱使其溫度升高，隨后熱量通過鋼制安全殼的導(dǎo)熱傳遞到安全殼外表面。位于屏蔽構(gòu)筑物頂部的冷卻水儲(chǔ)水箱的冷卻水在重力作用下自動(dòng)均勻噴灑在安全殼外表面。下降冷卻水膜和自然循環(huán)的空氣通過自然對(duì)流、熱輻射和外表面液膜蒸發(fā)等換熱過程對(duì)安全殼外表面進(jìn)行冷卻。來自環(huán)境的空氣通過屏蔽構(gòu)筑物頂部環(huán)形區(qū)域一周均勻分布的多個(gè)冷卻空氣入口進(jìn)入系統(tǒng)，先沿著屏蔽構(gòu)筑物與導(dǎo)流板之間的環(huán)隙下降，之后沿著安全殼容器外壁與導(dǎo)流板之間的環(huán)隙上升，最終通過位于屏蔽構(gòu)筑物頂部中央的煙囪結(jié)構(gòu)排出返回環(huán)境。這樣安全殼內(nèi)的熱量最終通過安全殼外冷卻環(huán)形縫隙里自然循環(huán)的空氣傳遞給外界環(huán)境。非能動(dòng)安全殼冷卻系統(tǒng)可以保證至少 3 天內(nèi)不需要操作員干預(yù)而維持安全殼溫度和壓力低于設(shè)計(jì)值。非能動(dòng)安全殼冷卻系統(tǒng)可以在各種工況下執(zhí)行以下幾點(diǎn)功能：(1)最終熱阱

質(zhì)泄漏到環(huán)境中。全殼冷卻系統(tǒng)為乏燃料水池和消防用水提供了一個(gè)抗震級(jí)外傳熱過程或蒸汽管道破裂時(shí)候后，在安全殼內(nèi)部，蒸汽受到浮升力空氣混合的過程中向上流動(dòng)，加熱安全殼內(nèi)的空氣。蒸汽沿壁面流動(dòng)，其中部分蒸汽在安全殼壁面凝結(jié)形成液膜沿存在著蒸汽凝結(jié)釋放潛熱、混合氣體與液膜或安全殼之間之間的傳熱，這樣就把熱量傳遞給安全殼使其溫度升高。導(dǎo)熱傳遞到安全殼外表面，這時(shí)儲(chǔ)水箱里的冷卻水在安全水膜覆蓋鋼制安全殼外表面，熱量通過液膜的蒸發(fā)和輻射其溫度升高，在自然循環(huán)的作用下空氣流通并把熱量最終

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本文編號(hào)：2751998