為獲得螺旋管直流蒸汽發(fā)生器（HCOTSG）螺旋換熱管內(nèi)兩相流動(dòng)換熱特征,以國(guó)際革新安全反應(yīng)堆（IRIS）HCOTSG為研究對(duì)象建立了HCOTSG一、二次側(cè)耦合熱分析模型,分析了穩(wěn)態(tài)工況下,不同二次側(cè)給水流量對(duì)HCOTSG熱工水力參數(shù)產(chǎn)生的影響,并將所建立的HCOTSG一、二次側(cè)耦合熱分析模型與計(jì)算流體力學(xué)軟件（CFX）三維流動(dòng)換熱計(jì)算相結(jié)合,對(duì)HCOTSG穩(wěn)態(tài)工況下螺旋管內(nèi)精細(xì)的熱工水力參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。通過(guò)HCOTSG一、二次側(cè)耦合熱分析模型計(jì)算得到HCOTSG穩(wěn)態(tài)工作時(shí)沿管程的相關(guān)熱工水力參數(shù);通過(guò)CFX三維模擬發(fā)現(xiàn)螺旋管橫截面流體流速和溫度分布不均勻現(xiàn)象,得到螺旋內(nèi)側(cè)流體溫度高于螺旋外側(cè),螺旋內(nèi)側(cè)流體速度低于螺旋外側(cè),螺旋內(nèi)側(cè)流體比螺旋外側(cè)流體先開(kāi)始沸騰的結(jié)論。因此,本研究對(duì)于HCOTSG穩(wěn)態(tài)運(yùn)行和螺旋換熱管事故分析具有指導(dǎo)作用。 

【文章來(lái)源】：核動(dòng)力工程. 2020,41(05)北大核心EICSCD

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HCOTSG簡(jiǎn)化RELAP5節(jié)點(diǎn)圖Fig.1RELAP5NodalizationofHCOTSG表2HCOTSG邊界計(jì)算結(jié)果Tab.2HCOTSGBoundaryCalculationResults

ig.1RELAP5NodalizationofHCOTSG表2HCOTSG邊界計(jì)算結(jié)果Tab.2HCOTSGBoundaryCalculationResults名稱模型計(jì)算結(jié)果RELAP5計(jì)算結(jié)果誤差/%換熱功率/MW122.20119.522.4一次側(cè)出口溫度/K565.26566.760.26二次側(cè)出口溫度/K580.08568.771.99二次側(cè)入口壓力/MPa6.0086.0490.67二次側(cè)出口速度/m·s-126.8325.206.47熱穩(wěn)態(tài)分析模型，在其他邊界條件不變的條件下，分析二次側(cè)流量在額定流量的70%、80%和90%時(shí)，HCOTSG穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)熱工水力特性。不同流量下，螺旋管二次側(cè)壁面熱流沿管程分布如圖2所示。過(guò)冷段二次側(cè)流體流速基本保持不變，流體與壁面溫差越大，壁面熱流越大，沿管程二次側(cè)流體與壁面溫差逐漸減小，所以壁面熱流逐漸減�。贿M(jìn)入沸騰段后，二次側(cè)流體流速逐漸增大，流體溫度基本保持不變，所以壁面熱流逐漸增大直到進(jìn)入缺液區(qū)；進(jìn)入缺液區(qū)后，二次側(cè)流體含汽率大于0.8，換熱機(jī)理發(fā)生變化，主要由蒸汽與壁面換熱，壁面熱流迅速減�。贿M(jìn)入過(guò)熱蒸汽段后，蒸汽與壁面溫差逐漸減小，蒸汽流速變化不大，所以壁面熱流逐漸減校不同流量的螺旋管入口處壁面熱流相同，流量越大在螺旋管出口處的壁面熱流越大。二次側(cè)入口流量越大，換熱能力越強(qiáng)，總換熱功率越大。在過(guò)冷段和沸騰段，壁面熱流遠(yuǎn)大于過(guò)熱段，所以一、二次側(cè)流體換熱主要發(fā)生在過(guò)冷段和沸騰段。圖2不同二次側(cè)流量管內(nèi)壁面熱流沿管程分布Fig.2DistributionofInnerWallHeatFluxofHelicalTubealongPipelinewithDifferentFlowRates3CFD流動(dòng)換熱計(jì)算按照1.4節(jié)中HCOTSG平均管幾何尺寸建立二次側(cè)流體域三維計(jì)算模型，利用ANSYSCFX軟件，以HCOTSG一、二次側(cè)耦合熱分析模型計(jì)算得到的二次側(cè)壁面溫度場(chǎng)為輸入

28核動(dòng)力工程Vol.41.No.5.2020流體處于過(guò)冷水狀態(tài)。在離心力作用下，流體在螺旋外側(cè)流速高于在螺旋內(nèi)側(cè)流速；流體在管內(nèi)溫度分布不均勻，螺旋內(nèi)側(cè)流體溫度高于螺旋外側(cè)流體溫度。圖3過(guò)冷段流體域橫截面流體溫度分布Fig.3TemperatureonCrossSectioninSubcooledSection3.2沸騰段熱工特性分析z為1.2、1.5、1.8m處沸騰段螺旋管橫截面二次側(cè)液相質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布如圖4所示，在重力和離心力作用下，二次側(cè)流體在螺旋管橫截面水平和豎直方向均產(chǎn)生汽液分離，液相集中于螺旋管的外側(cè)和下部，汽相集中于螺旋管的內(nèi)側(cè)和上部。z為1.2~2.4m范圍內(nèi)，在沸騰段，由于不斷產(chǎn)生蒸汽，流體速度沿管程逐漸增大；由于壁面的摩擦作用，管道中心處流體速度高于兩側(cè)近壁面處流體速度（圖5）。3.3過(guò)熱段熱工特性分析螺旋管高度在6.6~7.8m內(nèi)，由過(guò)熱段螺旋管中位面蒸汽溫度場(chǎng)分布（圖6）可知，與過(guò)冷段單相水溫度場(chǎng)相似，蒸汽沿管程流速和溫度逐漸升高；并且在離心力作用下，螺旋內(nèi)側(cè)蒸汽流速小于螺旋外側(cè)，螺旋內(nèi)側(cè)蒸汽溫度高于螺旋外側(cè)。4結(jié)論本研究采用熱分析模型計(jì)算和CFX三維模圖4沸騰段流體域橫截面液相質(zhì)量分?jǐn)?shù)Fig.4MassFractionofLiquidonCrossSection圖5沸騰段流體域中位面流速Fig.5VelocityofFluidonMedianPlane擬相結(jié)合的方法，對(duì)HCOTSG穩(wěn)態(tài)工況下整體運(yùn)行和螺旋管內(nèi)兩相沸騰換熱過(guò)程進(jìn)行模擬計(jì)算。（1）熱分析模型計(jì)算得到不同二次側(cè)流量下，HCOTSG內(nèi)一、二次側(cè)工質(zhì)溫度、速度和壓力等熱工特性參數(shù)沿管程分布規(guī)律；一、二次側(cè)工質(zhì)換熱主要發(fā)生在二次側(cè)流體的過(guò)冷段和沸騰段。（2）螺旋管橫截面流體流速和溫度分布不均

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]螺旋管蒸汽發(fā)生器的瞬態(tài)流動(dòng)與傳熱特性[J]. 白博峰,郭烈錦,王學(xué)興.  西安交通大學(xué)學(xué)報(bào). 2002(09)
[2]螺旋管內(nèi)氣液兩相流動(dòng)和傳熱特性的研究[J]. 周芳德,陳學(xué)俊.  西安交通大學(xué)學(xué)報(bào). 1987(05)

碩士論文
[1]螺旋管內(nèi)核態(tài)沸騰流動(dòng)與換熱特性數(shù)值模擬分析[D]. 劉尚華.哈爾濱工程大學(xué) 2017
[2]螺旋管式直流蒸汽發(fā)生器建模與仿真研究[D]. 袁媛.哈爾濱工程大學(xué) 2015



本文編號(hào)：3135651