【摘要】：為保證在全場斷電事故下能夠安全排出反應(yīng)堆余熱,第三代核反應(yīng)堆采用了非能動余熱排出系統(tǒng)設(shè)計。其中二次側(cè)非能動余熱排出系統(tǒng)主要通過C型換熱器與高位冷卻水箱對蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生的蒸汽進行冷卻,從而達到排出堆芯余熱的效果。該系統(tǒng)充分利用流體的自然循環(huán)驅(qū)動力,大大簡化了安全系統(tǒng)的設(shè)計成本,減少了人為干預(yù)的程度,提高了系統(tǒng)的固有安全性。本文以二次側(cè)非能動余熱排出C型換熱器為研究對象,使用ANSYS CFX軟件對單管分布、3x3管排分布及5×5管排分布的C型管換熱器進行了計算分析。其中,管內(nèi)為蒸汽冷凝兩相流模型,管外為過冷沸騰兩相流模型,管壁為熱傳導(dǎo)模型,通過interface對內(nèi)外兩相流模型進行換熱耦合。文章對軟件中用到的壁面冷凝模型和過冷沸騰模型進行了驗證分析,然后對單管進行了簡單的研究性分析,并在此基礎(chǔ)上對3x3管排三種不同蒸汽流量、三種不同蒸汽入口溫度工況下的流場進行了分析比較,最后對結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜的5×5管排分布的工況進行了熱工水力分析計算。通過計算發(fā)現(xiàn):沿著C型管流動方向管內(nèi)蒸汽逐漸冷凝放熱,管入口處氣體冷凝速度最快,管內(nèi)外換熱量及換熱系數(shù)最大,沿著管道流動方向逐漸降低。水池中流體吸熱發(fā)生過冷沸騰現(xiàn)象,生成的氣體主要集中在C型管的上半段,并與水形成自然循環(huán)流動。在換熱管入口氣體溫度不變的情況下,氣體入口流量越高,相同位置的管內(nèi)流體溫度越高,管內(nèi)外的換熱越強,水池中的過冷沸騰現(xiàn)象越明顯;入口流量不變時,入口溫度越高,相應(yīng)的換熱量及換熱系數(shù)越大。池內(nèi)的自然循環(huán)使冷熱流體充分混合,對流體起到了一定的攪渾作用,從而大大增強了其換熱能力。三種工況的換熱管出口處都幾乎不產(chǎn)生氣泡,說明換熱器實現(xiàn)了很好的余熱排出效果。通過對比三種工況發(fā)現(xiàn),C型換熱管的數(shù)量越多,每根換熱管及換熱器整體的換熱量越大,其單位時間內(nèi)所能排出的堆芯余熱也越多,因此換熱器在設(shè)計時應(yīng)盡量采用多管間隔排列結(jié)構(gòu),以實現(xiàn)堆芯余熱排出的最大化。三種結(jié)構(gòu)換熱器的分析結(jié)果不僅對C型換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計有一定的參考依據(jù),還對換熱器的穩(wěn)定安全運行具有較大的指導(dǎo)意義。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TL353.13

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