隨著核反應(yīng)堆向小型化方向發(fā)展,迫切需要提升核反應(yīng)堆用蒸汽發(fā)生器的效率和緊湊性。提出一種抑制兩相流動(dòng)不穩(wěn)定性的新型非均勻通道印刷電路板式蒸汽發(fā)生器,采用分段熱力設(shè)計(jì)方法對(duì)其熱工水力性能進(jìn)行了分析。計(jì)算結(jié)果表明,所提出的非均勻通道印刷電路板式蒸汽發(fā)生器比繞管式蒸汽發(fā)生器具有更好的熱工水力性能和更小的體積,并且二次側(cè)入口段縮小通道可以抑制兩相流動(dòng)不穩(wěn)定,揭示了二次側(cè)進(jìn)口溫度和過(guò)熱度對(duì)換熱器芯體長(zhǎng)度和總壓降及縮小通道長(zhǎng)度和直徑的影響規(guī)律。 

【文章來(lái)源】：中國(guó)科技論文. 2020,15(04)北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：6 頁(yè)

【部分圖文】：

印刷電路板式蒸汽發(fā)生器分段熱力設(shè)計(jì)方法示意

印刷電路板式蒸汽發(fā)生器分段熱力設(shè)計(jì)方法流程

印刷電路板換熱器是一種典型的微細(xì)通道換熱器,換熱芯體中的流道通過(guò)化學(xué)蝕刻得到,截面形狀為半圓形,直徑最小可達(dá)微米級(jí),換熱芯體由多個(gè)冷板和熱板交替堆疊而成,高溫流體和低溫流體分別在熱板和冷板內(nèi)的半圓形截面通道內(nèi)流動(dòng)以進(jìn)行換熱。將其作為蒸汽發(fā)生器時(shí),參與換熱的一次側(cè)流體(高溫流體)和二次側(cè)流體(低溫流體)均為水。本文提出的非均勻通道印刷電路板式蒸汽發(fā)生器如圖1所示。在整個(gè)換熱過(guò)程中,一次側(cè)流體溫度持續(xù)降低,但始終保持為單相液態(tài);二次側(cè)流體在入口處為具有一定過(guò)冷度的液態(tài),流動(dòng)過(guò)程中被一次側(cè)流體加熱,溫度升高后逐漸發(fā)生汽化,隨著熱量的不斷傳入,在蒸汽發(fā)生器二次側(cè)流體出口處完全蒸發(fā)為水蒸氣。根據(jù)二次側(cè)流體的流動(dòng)狀態(tài),可將換熱通道沿流動(dòng)方向分為單相水段、兩相段和單相蒸汽段。由于流體在換熱通道內(nèi)發(fā)生相變時(shí),氣液兩相流體的流動(dòng)狀態(tài)較為紊亂,流動(dòng)不穩(wěn)定性增強(qiáng),可能會(huì)導(dǎo)致流體的回流,這在實(shí)際工程應(yīng)用中是必須要避免的。因此,為克服流動(dòng)不穩(wěn)定問(wèn)題,本文在常規(guī)的印刷電路板換熱器基礎(chǔ)上,在二次側(cè)流體通道入口段加入“縮小通道”的非均勻通道設(shè)計(jì)概念,即在二次側(cè)流體發(fā)生相變前的液態(tài)區(qū)域設(shè)置流道直徑較小的縮小通道,采用變直徑的非均勻通道設(shè)計(jì)方法以增大液態(tài)區(qū)流體的流動(dòng)阻力,通過(guò)類(lèi)似節(jié)流的方式限制氣液相變區(qū)域流體的回流,從而提高流體的流動(dòng)穩(wěn)定性。由圖1(a)可以看出,二次側(cè)流體從換熱器的正面流入,從背面流出,一次側(cè)流體從換熱器的左右兩側(cè)分別流入和流出。冷板和熱板內(nèi)流體的流道均采用平直通道,兩側(cè)流體逆向流動(dòng)以提升換熱效率。一次側(cè)和二次側(cè)換熱通道如圖1(b)所示,其中二次側(cè)入口段縮小通道和主流段通道的結(jié)構(gòu)如圖1(c)所示,可以看出,入口段縮小通道直徑較小,主流段通道直徑較大。在設(shè)計(jì)過(guò)程中,通過(guò)控制二次側(cè)入口段縮小通道的直徑和長(zhǎng)度,以保證二次側(cè)入口段縮小通道的流體阻力占據(jù)總阻力的80%以上,以抑制下游兩相區(qū)流體的回流。根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)果,換熱器縮小通道直徑為0.5 mm,主流段通道直徑為2.0 mm,換熱芯體通道總長(zhǎng)度為500 mm,縮小直徑段長(zhǎng)度為75 mm。


本文編號(hào)：3318398