蒸汽发生器U型管倒流现象的数值模拟和实验研究

针对蒸汽发生器U型管倒流现象展开实验研究。基于实验数据,采用CFD方法对倒流进行模拟。结果表明:蒸汽发生器发生倒流后,进口腔室出现显著的温度分层,倒流现象降低了蒸汽发生器U型管的换热能力;发生倒流后,进出口腔室压降绝对值减小,正流管流速增大,流动阻力增大,倒流降低了系统的自然循环能力。     

蒸汽发生器实验回路倒流特性仿真分析

针对立式倒U型管蒸汽发生器传热管内出现的倒流现象,基于RELAP5/MOD3.3程序,采用新的控制体划分方案对蒸汽发生器实验段进行建模,模拟实验回路中发生的倒流现象。通过与实验数据进行对比分析,验证建模方案的正确性。在此基础上,分析倒流现象对蒸汽发生器实验段流动传热的影响。结果表明:倒流现象发生在较短管内,对于单个U型管,倒流管的流量高于正流管。倒流发生后,系统进入相对稳定状态,但蒸汽发生器实验段的换热功率和进出口腔室负压降绝对值显著降低。     

海洋条件下自然循环蒸汽发生器U型管内倒流特性研究

当压水堆处于自然循环工况时,蒸汽发生器U型管内可能发生倒流现象,导致一回路流动阻力增大、自然循环流量降低,为反应堆安全运行带来不利影响。基于RELAP5程序建立了海洋条件下的附加力模型及控制体空间坐标求解模型,对蒸汽发生器所有U型管进行建模和节点划分,计算了海洋条件下蒸汽发生器内U型管的倒流临界质量流量及进出口压差,最后分析了3种海洋条件对U型管内流体倒流的影响。结果表明,倾斜条件下有可能会改变倒流现象;而在航行过程中可能遇到的起伏条件都无法改变倒流现象;当摇摆条件比较剧烈时有可能改变倒流现象。      

自然循环蒸汽发生器并联倒U型管流量分配计算

针对自然循环工况下蒸汽发生器部分倒U型管内存在倒流现象,通过对倒U型管内流动传热特性进行分析,获得了倒流发生的判断依据,从而编制了流量分配计算程序。采用该程序对某型蒸汽发生器并联倒U型管流量分配进行了计算,通过将结果与实验值进行对比分析,对程序可信度进行了验证,并采用该程序对蒸汽发生器并联倒U型管主要热工参数随进出口压降变化情况进行了计算分析。结果表明,倒流现象发生在短管内,倒流的发生使得蒸汽发生器一次侧净流量和单位时间输热呈阶梯下降,对反应堆安全产生较大的影响。     

蒸汽发生器U型管低含气率两相倒流现象研究

针对立式倒U型管自然循环蒸汽发生器传热管内的两相倒流现象，基于均相流模型，建立了U型管内低含气率两相流动传热理论模型，给出了U型管的进出口压降-质量流量曲线，分析了U型管内出现两相倒流现象的机理，研究了二次侧流体温度和入口含气率对倒流现象的影响规律，并与单相倒流进行了对比。利用RELAP5/MOD 3.3程序对相同条件下的倒流问题进行了计算。研究表明，提高蒸汽发生器二次侧工作压力可减少倒流，两相流入口含气率越高，倒流越易发生，两相流较单相流在U型管内更易倒流。     

蒸汽发生器U型管单相流动不稳定性分析

自然循环条件下,蒸汽发生器并联U型管束内存在单相流动不稳定性,部分U型管内存在倒流现象,对反应堆非能动安全产生负面影响。本文通过对基本守恒方程无量纲处理,采用线性扰动分析理论,获得了Ｕ型管内流动不稳定性判断准则(特征格拉晓夫数)。结果表明,当U型管格拉晓夫数高于特征格拉晓夫数时,管内流动是不稳定的,会出现倒流现象。以某型蒸汽发生器为对象,对U型管束流动不稳定性进行判断,通过与现有判别方法进行对比,验证了建立的U型管内流动不稳定性的判别方法。在此基础上,分析了蒸汽发生器一次侧流体入口密度对倒流现象的影响,发现当入口密度降低时,倒流现象更容易发生。本文结论可为蒸汽发生器优化设计提供一定的理论支持。     

自然循环条件下蒸汽发生器倒U型管流量分配特性研究

以欧洲压水堆热工实验装置（PWR PACTEL）一回路系统蒸汽发生器为研究对象,首先,基于流体一维流动模型的质量、动量和能量守恒方程建立管道进出口压降以及传热与流体流量之间的关系;其次,以遗传算法为基础开发倒U型管蒸汽发生器流量分配计算程序,采用基准实验对程序正确性和可靠性开展验证;最后,利用流量分配程序计算蒸汽发生器倒U型管管组的流量分布情况,研究管高、管长以及一/二次侧换热系数对蒸汽发生器内流量分配的影响。结果表明,所开发流量分配程序计算结果与实验吻合良好;在选定的自然循环工况下,该蒸汽发生器中长管更易发生倒流,且倒流现象呈现分布范围广、单管流量低的特点;倒U型管内正流流速与管长成反比,与管高成正比,倒流流速随着管长的增加保持不变,与管高呈反比关系;传热系数较低时,总流量与传热系数成反比关系,当传热系数高于特定值后部分管内发生倒流,总流量骤降。      

自然循环蒸汽发生器倒U型管内倒流现象影响因素研究

在某些自然循环工况下,蒸汽发生器部分倒U型管内存在倒流现象。基于一维Oberbeck-Boussinesq方程,建立了蒸汽发生器并联倒U型管内单相水流动传热模型,并以两种尺寸的蒸汽发生器为例进行了计算。计算结果表明,小型蒸汽发生器内短管易发生倒流,大型蒸汽发生器内长管易发生倒流;蒸汽发生器进口水温对倒流现象的发生具有重要的影响。     

自然循环蒸汽发生器倒U型管内倒流特性的无量纲分析

针对自然循环工况下,蒸汽发生器部分倒U型管内存在倒流现象,利用无量纲分析方法建立管内流体控制方程,提出了阻力数和传热数等无量纲准则,并对蒸汽发生器倒U型管倒流的影响因素进行分析。结果表明,阻力数对倒流发生的无量纲进出口压降和流速有较大的影响;传热数对倒流发生的无量纲进出口压降有较大的影响,而对流速影响较小。     

自然循环工况下蒸汽发生器U型管中倒流特性研究

在自然循环低流量工况下,会有部分U型管内流体处于倒流状态,等效增加蒸汽发生器的阻力系数,使得回路自然循环流量低于不考虑倒流时的理论预测值。本文从一维动量方程出发,分析U型管内流体稳定正向流动的限制条件,在此基础上,结合蒸汽发生器U型管和回路的质量、能量方程,分析自然循环回路内流体处于稳定流动状态时倒流份额的范围,并探讨回路局部阻力系数和U型管数目对倒流份额的影响。结果表明,回路局部阻力系数和U型管数目的减小均有助于减小倒流份额。     

Experimental and numerical investigations on the reverse flow phenomena in UTSGs

Aiming at the reverse flow phenomena in the inverted U-tube steam generators (UTSGs), the experimental and numerical simulations are performed. A new method is developed to model the flow and heat transfer in the steam generator based on the system analysis code RELAP5/MOD3.3. The reverse flow phenomenon observed experimentally is simulated well by the new method. The experimental and numerical results show that the reverse flow occurs in the adjacent shorter U-tubes. For single U-tube, the mass flow rate of reverse flow is generally greater than that of normal flow U-tube. When the reverse flow occurs, the negative pressure drop between the inlet and outlet plenums and the heat transfer of the UTSG reduce significantly. The numerical simulations also show that the reverse flow occurs more easily in UTSGs with the bigger tube length ratio.     

自然循环过渡过程UTSG一次侧倒流特性研究

自然循环条件下,立式倒U型管型蒸汽发生器（UTSG）并联倒U型传热管内存在非均匀流动,部分传热管出现倒流,倒流的发生对反应堆自然循环能力产生显著的影响。按管长对并联倒U型传热管进行分类,建立分布式的结构模型。采用最佳评估程序RELAP5/MOD3.3,对主泵不同转动惯量下的自然循环过渡过程进行研究,得到了转动惯量对UTSG倒U型管内非均匀流动的影响特性。研究结果表明,转动惯量的增加可以延缓倒流的发生,但对倒流的空间分布和倒流流量无影响。     

Analysis of Reverse Flow in Inverted U-Tubes of Steam Generator under Natural Circulation Condition

In this paper, we report on the analysis of reverse flow in inverted U-tubes of a steam generator under natural circulation condition. The mechanism of reverse flow in inverted U-tubes of the steam generator with natural circulation is graphically analyzed by using the full-range characteristic curve of parallel U-tubes. The mathematical model and numerical calculation method for analyzing the reverse flow in inverted U-tubes of the steam generator with natural circulation have been developed. The reverse flow in an inverted U-tube steam generator of a simulated pressurized water reactor with natural circulation is analyzed. Through the calculation, the mass flow rates of normal and reverse flows in individual U-tubes are obtained. The predicted sharp drop of the fluid temperature in the inlet plenum of the steam generator due to reverse flow agrees very well with the experimental data. This indicates that the developed mathematical model and solution method can be used to correctly predict the reverse flow in the inverted U-tubes of the steam generator with natural circulation. The obtained results also show that in the analysis of natural circulation flow in the primary circuit, the reverse flow in the inverted U-tubes of the steam generator must be taken into account.     

AP1000上腔室夹带试验研究

为还原AP1000中上腔室夹带过程,以AP1000为原型按1∶5.6的模化比例建立了试验回路,研究不同蒸汽流量和压力容器液位下上腔室夹带的夹带率。结果表明：蒸汽流量对夹带率的影响很小,夹带率随压力容器液位的升高而增大;在较低液位,夹带率保持稳定,加入堆内构件后,上腔室夹带明显增强。     

倒U型管蒸汽发生器自然循环回流特性研究

自然循环在核动力工业中有重要的应用。以AP1000自然循环压水反应堆一回路系统的蒸汽发生器为对象,建立自然循环系统蒸汽发生器倒U型管内单相水回流的数学模型,并进行了计算,得出了蒸汽发生器倒U型管内正流和回流流量、正流管管长和回流管管长分布等。研究结果表明,回流能大幅降低自然循环的重位压头、流量和放热量,不利于自然循环。     

一种液态燃料熔盐堆堆芯流量分配设计

在液态燃料熔盐堆(Molten salt reactor,MSR)热工水力设计中,为实现堆芯径向功率展平需对堆芯流量分配进行设计,使得堆芯进口流量分布正比于释热量分布,而下腔室结构和流场分布对堆芯流量分配起决定性作用。利用FLUENT软件对堆芯三维流场进行模拟,通过调节下腔室结构和流量分配装置,对下腔室流场分布进行优化,最终实现堆芯流量合理分配。数值模拟结果表明,喇叭状下腔室比椭球形下腔室熔盐通道流量标准差降低4.2%,设置流量分配板熔盐通道流量标准差降低29.2%;改变下腔室结构和设置流量分配装置能够较好调节流量分配和功率分布匹配性,该结果可为液态熔盐堆堆芯优化设计提供依据。