直流蒸汽发生器动态特性与小破口故障仿真研究

以B&W直流蒸汽发生器为对象,基于过程仿真软件（APROS）支撑平台中的基本模块,建立了图形化的直流蒸汽发生器仿真模型。对模型进行变工况下的稳态和动态仿真,由结果可知,一次侧入口焓值与二次侧出口压力对稳态特性影响最大,一次侧入口温度对动态特性影响最大。进一步研究直流蒸汽发生器发生换热管破裂事故时,破口位置和破裂程度对其运行特性的影响。结果表明,破口发生位置接近一次侧入口时,对直流蒸汽发生器运行影响最大;换热管破裂对直流蒸汽发生器运行特性的影响随着破裂程度的增加而增大。      

蒸汽排放系统蒸汽冷凝器动态特性仿真研究

根据核动力商船高压定压蒸汽冷凝器的结构及工作特性,建立了适合蒸汽冷凝器实时仿真分析计算的两相流仿真模型。利用该仿真模型对蒸汽冷凝器进行了稳态计算和动态仿真分析,并将其稳态计算结果与蒸汽冷凝器试验结果进行对比验证。结果表明：该模型能准确模拟蒸汽冷凝器的动态特性,满足核动力装置蒸汽排放系统实时仿真分析要求。研究结果对二回路系统启动及停运的运行和控制系统设计具有指导意义。     

低流速过冷沸腾压降实验与计算方法研究

在中压强迫循环工况下开展了低流速过冷沸腾压降实验．实验中同时对过冷沸腾空泡率进行了测量基于得到的实验数据,对低流速过冷沸腾压降计算方法进行了研究．研究表明．过冷沸腾工况下的流动压降与重力压降亦即空泡率密切相关．选用合理的空泡率计算模型对于低流速过冷沸腾压降的准确计算极为重要由于目前普遍采用的Saha模型．Levy模型难以得出准确的低流速过冷沸腾真实含汽率与空泡率预测结果,应用于低流速过冷沸腾压降计算时会产生较大偏差．笔者提出的真实含汽率模型和净蒸汽产生点（NVG）空泡率模型可用于蒸汽-水强迫循环低流速过冷沸腾压降计算通过本文研究、最终得出蒸汽-水强迫循环低流速过冷沸腾压降的推荐计算方法。     

套管式双面加热蒸汽发生器的热工水力分析

为研究套管式双面加热蒸汽发生器在稳态和瞬态过程中的热工水力特性，建立了描述蒸汽发生器物理现象的一维均匀流数学模型。应用该模型，开发了可计算稳态和瞬态工况下一回路和二回路冷却剂温度场、焓场的直流蒸汽发生器热工水力程序。计算结果对直流蒸汽发生器结构设计、运行具有指导意义。      

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。      

直流蒸汽发生器稳态流动沸腾实验研究

一体化压水堆通常采用直流蒸汽发生器,对直管直流蒸汽发生器在稳态条件下的流动沸腾特性进行了理论分析和实验研究,理论分析采用更为细致的两相区分区段计算模型,在两个不同的工况下进行了流动沸腾实验,结果证明了理论计算模型的合理性和可信性。     

基于APROS的核动力系统建模与仿真研究

本研究基于仿真软件APROS对两环路核动力系统的一、二回路耦合系统建立了仿真模型,并对此模型进行了功率运行稳态工况和线性变负荷动态工况仿真模拟。结果表明,模型仿真结果的最大稳态相对误差小于5%,与设计值符合较好;动态仿真趋势与热工水力计算程序RELAP5仿真趋势基本一致,验证了模型的有效性。因此,该核动力系统一、二回路匹配性良好,且本文所建立的系统模型能够较准确地模拟核动力系统的运行。      

负荷跟踪中直流蒸汽发生器的动态特性仿真计算

采用集中参数处理方法，把直流蒸气发生器二次侧按流体相变分区，建立了动态热工水力模型。同时该模型在相变交界面上可动边界，使模型更切合实际运行工况。计算表明，用这一处理方法，即满足了一定的精度要求，又缩减了计算时间，是直流蒸汽发生器的动态仿真和进行控制特性分析十分有效的方法。     

不同运行工况下蒸汽发生器热工水力稳态特性数值研究

基于相似模化理论建立了蒸汽发生器一、二回路流体及传热管流 固耦合传热的单元管三维物理模型,对大亚湾核电厂蒸汽发生器不同工况下的热工水力稳态特性进行了数值模拟研究。采用热相变模型描述二回路汽液两相流动与换热、流-固耦合模型描述一回路冷却剂借助U型管与二回路流体换热。数值计算结果表明：满负荷运行时,传热管内壁温度变化趋势与一次侧流体基本一致,外壁温度与二次侧流体温度变化趋势相同;截面平均含汽率沿传热管高度的升高呈上升趋势,出口质量含汽率与大亚湾核电厂实际运行参数相符;随负荷降低一回路出口温度基本不变,二回路出口温度升高,质量含汽率及传热系数下降,平均传热系数与Rohsenow经验关联式的计算结果基本吻合。     

核动力装置冷凝器实时仿真

根据核动力装置的冷凝器结构及工作特性,给出了适用于冷凝器动态特性实时仿真数学模型.该模型可用于冷凝器稳态和动态的仿真,并能够预测冷凝器内蒸汽和凝结水的流量以及蒸汽、凝结水、管壁和冷却水等的温度.用本文的仿真模型对正常运行工况及事故工况进行了仿真计算,将仿真结果与系统设计值进行了比较.结果表明,该模型能够满足核动力装置冷凝器实时仿真的要求.     

基于分离涡模拟的核主泵全工况水力性能计算精度研究

为了研究分离涡模拟模型对核主泵水力性能预测精度的影响,在六面体结构化网格的基础上,采用基于SST κ-ω的分离涡模拟（DES）、延迟分离涡模拟（DDES）和改进的延迟分离涡模拟（IDDES）,分别进行全流量工况条件下的非定常数值计算,并与RNG κ-ε模型的计算结果作对比,从相对计算误差的大小和离散度2个方面对4种湍流模型的计算精度进行综合评判。研究结果表明:各分离涡模拟模型在全流量工况点的综合计算精度远高于RNG κ-ε模型;DDES和IDDES模型在全流量工况条件下的计算精度基本一致,并且都高于DES模型;DDES模型在设计工况点附近的计算精度明显优于IDDES。综合比较来看,DDES模型更适用于核主泵的性能预测。      

一维开式自然循环系统分析程序的实验验证

基于华龙一号非能动安全壳热量导出系统（PCS）综合性能实验装置实验结果,对采用基于漂移流模型开发的华龙一号PCS程序（PCS?NCCP）进行验证,对比分析了设计工况及非设计工况下PCS?NCCP程序计算值与实验值之间的误差。结果显示,所开发的PCS?NCCP程序能模拟PCS的排热能力、稳态运行特性和动态响应特性,程序计算值能很好地跟踪实验的趋势和幅值变化,绝大部分计算误差落在±20%范围内,验证了PCS?NCCP程序的准确性。     

振荡区下蒸汽冷凝过程的热工水力模型建立及验证

蒸汽射流冷凝过程具有强烈的凝结换热能力,广泛应用于先进非能动反应堆安全系统中,但该过程会产生强烈的压力振荡现象。为研究蒸汽浸没射流冷凝振荡现象的本质,从基本守恒方程式出发,建立了气泡边界层质量交换模型、气泡控制方程模型、气泡内蒸汽压力计算模型、水池中任意位置处压力计算模型等关键模型,构建了模拟水池中蒸汽气泡冷凝振荡过程的热工水力模型。运用建立的气泡半径和水池内压力的计算模型获取气泡半径和压力随时间变化的规律,并与Chun实验和Fukuda实验的实验数据进行比对,验证了模型的有效性,为后续开展冷凝振荡机理研究打下理论基础。     

Predictive study of the incipient point of net vapor generation in low-flow subcooled boiling

A predictive model of the initial point of net vapor generation, incipient point of net vapor generation (IPNVG) for low-flow subcooled boiling is developed in this paper. The IPNVG established in this model meets both the thermodynamic and hydrodynamic conditions. The thermodynamic condition is described by the heat balance at IPNVG. The amount of heat for steam generation is equal to that for bubble condensation at IPNVG. The force balance of the detached bubbles at IPNVG or the hydrodynamic condition is established to provide the diameter of the detached bubbles and the interfacial heat transfer coefficient for the calculation of heat transfer at IPNVG. This mechanism of the present model makes it applicable to low-flow subcooled boiling. Several coefficients involved in the proposed model are identified by Freon-12 experimental data. This model is compared with the experimental data obtained from different works. The data cover two working media of steam-water and Freon-12, two flow conditions of natural and forced circulations and relatively wide ranges of pressure, mass flux and heat flux. The predictions of this model agree with the data quite well.     

千瓦级2 K超流氦板翅式换热器初步设计优化

本文采用分布参数法对1 000 W@2 K低温系统配套的50 g/s流量2 K换热器进行了设计计算。利用加权系数法提出了换热器综合优化指标,随后采用遗传算法进行优化,并根据工程需要从多个侧重点对换热器进行优化,获得了一系列优化方案,从中选择了侧重换热效率的方案作为初步设计结果。在该结果的基础上,进一步采用了CFD数值仿真校核,验证了初步设计结果的准确性。优化后换热器的换热效率为844%,压降为22216 Pa,体积为0022 1 m3。     

球床内流动与传热特性等效模型的优化研究

提出研究球形燃料元件水冷堆热工-水力问题的等效模型方法。运用计算流体力学软件对窄间隙带环肋片细棒束结构进行三维建模、网格划分和流动传热模拟计算,得到表观流速在0.076~0.334 m/s范围内的压降和换热系数,并与已有的球床实验数据进行比较。根据比较结果对等效模型几何参数进行优化,得到最优等效模型。研究结果表明:最优等效模型与球床的流动与传热特性一致,从数值方法上证明采用等效模型方法对球形燃料元件水冷堆热工-水力问题进行研究是可行的。     

Local thermal–hydraulic behaviour in tight 7-rod bundles

Advanced water-cooled reactor concepts with tight lattices have been proposed worldwide to improve the fuel utilization and the economic competitiveness. In the present work, experimental investigations were performed on thermal–hydraulic behaviour in tight hexagonal 7-rod bundles under both single-phase and two-phase conditions. Freon-12 was used as working fluid due to its convenient operating parameters. Tests were carried out under both single-phase and two-phase flow conditions. Rod surface temperatures are measured at a fixed axial elevation and in various circumferential positions. Test data with different radial power distributions are analyzed. Measured surface temperatures of unheated rods are used for the assessment of and comparison with numerical codes.In addition, numerical simulation using sub-channel analysis code MATRA and the computational fluid dynamics (CFD) code ANSYS-10 is carried out to understand the experimental data and to assess the validity of these codes in the prediction of flow and heat transfer behaviour in tight rod bundle geometries. Numerical results are compared with experimental data. A good agreement between the measured temperatures on the unheated rod surface and the CFD calculation is obtained. Both sub-channel analysis and CFD calculation indicates that the turbulent mixing in the tight rod bundle is significantly stronger than that computed with a well established correlation.     

液态金属螺旋管式直流蒸汽发生器数值模拟研究

螺旋管式直流蒸汽发生器(HCOTSG)是一种蒸汽发生器常用形式。得益于其特殊的优势,HCOTSG被广泛用于各类反应堆动力系统中。本文提出了利用计算流体力学软件（FLUENT）对液态金属HCOTSG的壳侧液态铅铋、管侧两相流体进行耦合流动传热计算的CFD方法,并通过与相关实验研究结果的对比验证了数值模拟方法的正确性。在此基础上,本文对HCOTSG在典型工况下开展了数值模拟计算,得到蒸汽发生器内部的热工水力参数分布情况,并对其内部的流动换热特性进行分析。本研究为液态金属HCOTSG流动换热特性研究及结构设计优化提供新的思路方法。     

基于FDS的钠火三维数值模拟研究

根据FDS火灾动力学分析软件的计算特点,结合钠火的燃烧模式,采用化学动力学建立了钠火燃烧的数值计算模型,将其与FDS软件相结合,使该软件具有模拟钠火燃烧的功能。使用两个钠火试验数据对程序计算得到的房间温度、压力、托盘内壁温度、氧气摩尔份额进行了验证。结果表明,房间温度、托盘内壁温度、氧气摩尔份额的计算结果与试验结果较为吻合,且计算结果也符合钠火实际燃烧的情况,但压力的计算结果与试验结果差异较大。