針對(duì)國(guó)內(nèi)某核電廠凝汽器鈦管變形問(wèn)題,采用多相流動(dòng)CFD方法開(kāi)展凝汽器內(nèi)部管束模塊不同工況下的流動(dòng)和換熱特性分析,采用有限元分析局部鈦管受力情況。研究結(jié)果表明,凝汽器在冬季臨停工況下,空冷區(qū)將結(jié)冰;機(jī)組啟動(dòng)時(shí),在凝汽器內(nèi)部流場(chǎng)力及重力作用下冰體運(yùn)動(dòng)而損傷鈦管,造成凝汽器空冷區(qū)周邊鈦管大規(guī)模變形。 

【文章來(lái)源】：核動(dòng)力工程. 2020,41(03)北大核心EICSCD

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【部分圖文】：

管束模塊流場(chǎng)分布圖Fig.1FlowFieldDistributionofTubeBundleModule

李國(guó)棟等：核電廠凝汽器管束模塊內(nèi)流動(dòng)及換熱特性數(shù)值分析55圖1管束模塊流場(chǎng)分布圖Fig.1FlowFieldDistributionofTubeBundleModule置，流速與鈦管變形之間沒(méi)有對(duì)應(yīng)關(guān)系，即流速大不是形成鈦管變形的唯一原因。2.2溫度場(chǎng)分析凝汽器管束模塊溫度分布如圖2所示。管束模塊頂部?jī)蓚?cè)溫度高，大量工質(zhì)從該位置通過(guò)，流向凝汽器底部，此外部分工質(zhì)從空冷區(qū)頂部通道進(jìn)入凝汽器內(nèi)部，造成蓋板頂端位置溫度高。凝汽器指縫區(qū)及空冷區(qū)周邊空間也是工質(zhì)流量較大的位置，這2個(gè)位置溫度相對(duì)較高。由于工質(zhì)流通相對(duì)較少，管束區(qū)及空冷區(qū)內(nèi)部被冷卻水很快冷卻，使這2個(gè)區(qū)域溫度較低。變形鈦管位于空冷區(qū)周邊，該區(qū)域相對(duì)溫度較低，也是水蒸氣容易凝結(jié)的位置。2.3濃度場(chǎng)分析水相濃度場(chǎng)分布見(jiàn)圖3。工質(zhì)經(jīng)過(guò)冷卻后，水相在管束間（包括空冷區(qū)）分布較多，表明進(jìn)入凝汽器的工質(zhì)很快被冷卻，并在鈦管表面冷凝。圖2管束模塊溫度分布場(chǎng)Fig.2TubeBundleModuleTemperatureDistributionField圖3水相的濃度場(chǎng)分布Fig.3DistributionofConcentrationFieldofWaterPhase在空冷區(qū)頂部蓋板周邊，水相濃度也較高，該位置與周邊鈦管間距較小，容易引發(fā)積水。管束模塊周邊、管束模塊指縫區(qū)及空冷區(qū)周邊水相也分布較多，表明凝汽器內(nèi)部分布大量水相。冰相濃度場(chǎng)分布見(jiàn)圖4。冰相體積分?jǐn)?shù)在空冷區(qū)頂部蓋板周邊最高，冰相體積比達(dá)到0.2。在管束模塊周邊、管束模塊指縫區(qū)及空冷區(qū)周邊冰相分布較多，冰相體積比達(dá)到0.1以上，因此空冷區(qū)周邊及管束模塊指縫區(qū)域?qū)?yōu)先結(jié)冰，而凝汽器內(nèi)部鈦管間結(jié)冰速度較慢。圖4冰的濃度場(chǎng)分布Fig.4DistributionofIceConcentrationField模擬20s后的結(jié)果表

緯深壓鼙湫蔚奈ㄒ輝?頡?2.2溫度場(chǎng)分析凝汽器管束模塊溫度分布如圖2所示。管束模塊頂部?jī)蓚?cè)溫度高，大量工質(zhì)從該位置通過(guò)，流向凝汽器底部，此外部分工質(zhì)從空冷區(qū)頂部通道進(jìn)入凝汽器內(nèi)部，造成蓋板頂端位置溫度高。凝汽器指縫區(qū)及空冷區(qū)周邊空間也是工質(zhì)流量較大的位置，這2個(gè)位置溫度相對(duì)較高。由于工質(zhì)流通相對(duì)較少，管束區(qū)及空冷區(qū)內(nèi)部被冷卻水很快冷卻，使這2個(gè)區(qū)域溫度較低。變形鈦管位于空冷區(qū)周邊，該區(qū)域相對(duì)溫度較低，也是水蒸氣容易凝結(jié)的位置。2.3濃度場(chǎng)分析水相濃度場(chǎng)分布見(jiàn)圖3。工質(zhì)經(jīng)過(guò)冷卻后，水相在管束間（包括空冷區(qū)）分布較多，表明進(jìn)入凝汽器的工質(zhì)很快被冷卻，并在鈦管表面冷凝。圖2管束模塊溫度分布場(chǎng)Fig.2TubeBundleModuleTemperatureDistributionField圖3水相的濃度場(chǎng)分布Fig.3DistributionofConcentrationFieldofWaterPhase在空冷區(qū)頂部蓋板周邊，水相濃度也較高，該位置與周邊鈦管間距較小，容易引發(fā)積水。管束模塊周邊、管束模塊指縫區(qū)及空冷區(qū)周邊水相也分布較多，表明凝汽器內(nèi)部分布大量水相。冰相濃度場(chǎng)分布見(jiàn)圖4。冰相體積分?jǐn)?shù)在空冷區(qū)頂部蓋板周邊最高，冰相體積比達(dá)到0.2。在管束模塊周邊、管束模塊指縫區(qū)及空冷區(qū)周邊冰相分布較多，冰相體積比達(dá)到0.1以上，因此空冷區(qū)周邊及管束模塊指縫區(qū)域?qū)?yōu)先結(jié)冰，而凝汽器內(nèi)部鈦管間結(jié)冰速度較慢。圖4冰的濃度場(chǎng)分布Fig.4DistributionofIceConcentrationField模擬20s后的結(jié)果表明，凝汽器的指縫區(qū)已凝結(jié)成冰實(shí)體，而凝汽器鈦管間結(jié)冰量相對(duì)較少，數(shù)值仿真結(jié)果與實(shí)際結(jié)冰情況相符。隨著時(shí)間的增加，工質(zhì)在凝汽器內(nèi)部的流動(dòng)方向?qū)⒏淖�。�?yōu)先結(jié)冰的位置如指縫區(qū)和空冷區(qū)結(jié)


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