安全殼是防止放射性物質(zhì)泄漏的第三道安全屏障。先進(jìn)非能動(dòng)安全殼通過內(nèi)部的自然循環(huán)及蒸汽冷凝和外部自然循環(huán)及液膜蒸發(fā)將事故下的熱量導(dǎo)出,從而確保安全殼完整性,防止放射性物質(zhì)泄漏到環(huán)境中。目前,有關(guān)非能動(dòng)安全殼熱工水力的實(shí)驗(yàn)及數(shù)值模擬均有較深入的研究,但限于其復(fù)雜結(jié)構(gòu)及物理過程,將內(nèi)、外流場人為分開進(jìn)行單獨(dú)研究,使得問題得以簡化。顯然這與非能動(dòng)安全殼的實(shí)際工作過程有所不同。而這兩個(gè)過程是相互影響的,理應(yīng)耦合求解。且經(jīng)文獻(xiàn)調(diào)研后發(fā)現(xiàn)對(duì)于流體間的耦合傳熱數(shù)值方法也有待進(jìn)一步研究。鑒于此,本文針對(duì)先進(jìn)反應(yīng)堆非能動(dòng)安全殼內(nèi)外耦合傳熱過程進(jìn)行了理論分析,基于CFD工具對(duì)先進(jìn)反應(yīng)堆非能動(dòng)安全殼冷卻系統(tǒng)進(jìn)行了數(shù)值分析。首先,基于ANSYS FLUENT商用CFD軟件,采用分區(qū)求解方法對(duì)兩流體耦合傳熱進(jìn)行了數(shù)值研究,并通過理論分析揭示了其交替迭代收斂特性及其影響因素。結(jié)果表明兩側(cè)冷熱流體對(duì)流換熱系數(shù)比值對(duì)迭代收斂有著重要影響。交替迭代過程收斂與否,與對(duì)流換熱系數(shù)比值、選擇迭代的邊界條件類型及首次迭代計(jì)算域的選取有關(guān)。此外針對(duì)對(duì)流換熱系數(shù)比值變化復(fù)雜的工況提出了松弛修正方案,計(jì)算結(jié)果表明該松弛修正不僅能夠改善收斂并能加快收斂。提出了三種求解方案:松弛因子法、參考溫度法和換熱系數(shù)比值法,將FLUENT中Scheme程序與用戶自定義函數(shù)結(jié)合起來,實(shí)現(xiàn)了耦合傳熱問題的分區(qū)求解。該耦合問題求解方法為分區(qū)求解在非能動(dòng)安全殼中的深入應(yīng)用提供了理論基礎(chǔ)。隨后在單相情況下,使用分區(qū)求解對(duì)非能動(dòng)安全殼的傳熱過程進(jìn)行了分析,并與整場求解結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比,兩者吻合較好。此外利用分區(qū)求解所得交界面壁溫及熱流密度分布獲得了交界面的平均溫度及平均熱流密度,以此作為內(nèi)外流場單獨(dú)計(jì)算時(shí)的邊界條件。針對(duì)本文所選工況,計(jì)算結(jié)果表明,使用平均熱流密度計(jì)算結(jié)果更為合理,使用平均溫度作為邊界條件時(shí),外部流場所得換熱量偏小,偏差約6%,內(nèi)部流場所得換熱量偏大,偏差約12%。最后,將分區(qū)求解應(yīng)用于蒸發(fā)與冷凝耦合傳熱的模擬中,并分別對(duì)單一流場計(jì)算時(shí)的蒸發(fā)模型和冷凝模型進(jìn)行了準(zhǔn)確性驗(yàn)證,然后使用分區(qū)求解將兩者耦合計(jì)算,并獲得了較為合理的結(jié)果,在此基礎(chǔ)上討論了環(huán)境溫度對(duì)于該耦合傳熱過程的影響。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：TL364.3
【部分圖文】：

意義夠在事故（如失水事故、地震）發(fā)生時(shí)，阻止從一，是確保核電廠周圍居民安全的最后一道屏障。作，采用了非能動(dòng)的冷卻方式，在事故發(fā)生后 72 小的熱量導(dǎo)出，使安全殼的壓力溫度均保持在規(guī)定的如圖 1.1 所示，為非能動(dòng)安全殼內(nèi)外流場自然循環(huán)者蒸汽發(fā)生器等設(shè)備破損導(dǎo)致高溫蒸汽進(jìn)入安全殼自然循環(huán)，并在鋼安全殼內(nèi)壁面冷凝通過潛熱的方殼壁內(nèi)的熱傳導(dǎo)將熱量傳遞出安全殼。同時(shí)，在事殼外壁面的加熱進(jìn)行自然循環(huán)自動(dòng)將內(nèi)部傳遞出的度超過一定限值時(shí)開啟安全殼頂部水箱的閥門，在通過液膜的蒸發(fā)作用將熱量帶走，使安全殼內(nèi)部的能動(dòng)安全殼的完整性，防止放射性物質(zhì)泄漏。

第 2 章 耦合對(duì)流換熱分區(qū)求解收斂特性分析本文基于 ANSYS FLUENT 商用軟件對(duì)流體間耦合傳熱過程進(jìn)行數(shù)值分析，對(duì)分區(qū)求解迭代過程中的誤差傳遞特性、迭代收斂特性及收斂速度等影響因素進(jìn)行了分析，并將結(jié)果與相應(yīng)整場計(jì)算方法所得結(jié)果進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證。2.1 數(shù)值方法分析2.1.1 方法描述如圖 2.1 所示，平行平板通道間的左右兩側(cè)冷熱流體通過中間薄板耦合傳熱。左右兩側(cè)流體的平均溫度分別為f1T 和f2T ，f1 f2T T，熱量由高溫流體傳遞給低溫流體，兩者對(duì)于平板的對(duì)流換熱系數(shù)為1h 和2h ，薄板左右兩側(cè)壁溫分別為w1T 和w2T ，薄板厚度為 x，導(dǎo)熱系數(shù)為 ，選擇薄板右側(cè)流固耦合交界面作為耦合傳熱的參考面。對(duì)該耦合換熱過程使用分區(qū)方法進(jìn)行求解。計(jì)算流程圖如圖 2.2 所示。

第 2 章 耦合對(duì)流換熱分區(qū)求解收斂特性分析本文基于 ANSYS FLUENT 商用軟件對(duì)流體間耦合傳熱過程進(jìn)行數(shù)值分析，對(duì)分區(qū)求解迭代過程中的誤差傳遞特性、迭代收斂特性及收斂速度等影響因素進(jìn)行了分析，并將結(jié)果與相應(yīng)整場計(jì)算方法所得結(jié)果進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證。2.1 數(shù)值方法分析2.1.1 方法描述如圖 2.1 所示，平行平板通道間的左右兩側(cè)冷熱流體通過中間薄板耦合傳熱。左右兩側(cè)流體的平均溫度分別為f1T 和f2T ，f1 f2T T，熱量由高溫流體傳遞給低溫流體，兩者對(duì)于平板的對(duì)流換熱系數(shù)為1h 和2h ，薄板左右兩側(cè)壁溫分別為w1T 和w2T ，薄板厚度為 x，導(dǎo)熱系數(shù)為 ，選擇薄板右側(cè)流固耦合交界面作為耦合傳熱的參考面。對(duì)該耦合換熱過程使用分區(qū)方法進(jìn)行求解。計(jì)算流程圖如圖 2.2 所示。
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2844206