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。     

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。     

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。     

蒸汽发生器倒U型管单相倒流特性RELAP5建模方法研究

利用RALAP5/MOD3.2程序对蒸汽发生器(SG)倒U型管单相倒流实验进行建模计算。计算结果表明,已有的按管长对倒U型管进行分类建模会使得RELAP5计算的4根Ⅰ类倒U型管发生倒流,过大的估计了倒流流量。在此基础上,将未倒流管用集总参数法处理,倒流管进行进一步的划分,建立了改进的U型管模型。通过分析比较,新建的模型能比较准确地计算倒流流量。     

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。     

自然循环蒸汽发生器倒U型管内的倒流计算

采用同时表示正流和倒流的全水动力特性曲线分析了自然循环压水堆一回路系统蒸汽发生器倒U型管内发生倒流的机理。针对蒸汽发生器内倒U型管数量巨大问题,提出了一种集总-分布参数模型。该模型用于计算实际自然循环蒸汽发生器倒U型管内的倒流时,具有计算快捷且精度高的优点。利用该模型对自然循环蒸汽发生器并联倒U型管内的正、倒流进行计算,并将计算结果与所有倒U型管逐根进行正、倒流计算的结果进行比较,结果十分接近,验证了本文模型的可靠性。     

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。     

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。     

用于缓减UTSG倒流的U型管改进研究

针对自然循环条件下蒸汽发生器部分并联U型管出现的倒流现象，以增强自然循环能力和减少倒流为目的，提出非对称U型管改进方案。基于基本守恒方程，建立了非对称U型管流动传热计算模型和自然循环冷热源位差计算模型。在此基础上，以某型核动力装置U型管为原型，对改进前后U型管倒流临界流量与回路冷热源位差的变化进行了计算分析。计算结果表明：非对称U型管改进使倒流临界流量明显减小，回路冷热源位差明显提升。适当调整U型管上升段与下降段长度比可减少倒流发生，提高自然循环能力。     

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.     

自然循环工况非对称U型管的倒流特性研究

自然循环工况蒸汽发生器部分U型管可发生倒流。为缓解倒流,本文提出一种非对称U型管的初步设计方案,采用理论分析和数值模拟的方法对自然循环工况非对称U型管的倒流特性进行研究,建立非对称U型管流量 压降关系模型进行理论分析。针对某型核动力装置建立非对称U型管计算模型与系统分析模型,利用RELAP5/MOD32程序对不同优化方案的运行特性进行数值模拟,结果表明：增大非对称U型管的下降段与上升段的高度差,发生倒流的U型管组数减少,自然循环总流量增加。在二次侧非能动余热排出工况,非对称U型管对倒流有更为明显的缓减作用。     

Effect of noncondensable gas in a vertical tube condenser

An experimental study is performed to investigate the effects of noncondensable (NC) gas in the steam condensing system. A vertical condenser tube is submerged in a water pool where the heat from the condenser tube is removed by boiling heat transfer. The design of the test section is based on the passive condenser system in an advanced boiling water nuclear power reactor. Data are obtained for various process parameters, such as inlet steam flow rate, noncondensable gas concentration, and system pressure. Degradation of the condensing performance with increasing noncondensable gas is investigated. The condensation heat transfer coefficient and heat transfer rate decrease with noncondensable gas. The condensation heat transfer rate is enhanced by increasing the inlet steam flow rate and the pressure. The condensation heat transfer coefficient increases with the inlet steam flow rate, however, decreases with the system pressure. For the condenser submerged in a water pool with saturated condition, the strong primary pressure dependency is observed.     

蒸汽发生器传热管密度波振荡现象研究

蒸汽发生器传热管内伴有两相流的产生,研究两相情况下传热管内密度波不稳定现象,对控制核反应堆安全运行有着至关重要的作用。通过数值计算,研究了双侧对流换热条件下的传热管密度波震荡（DWO）现象。引用Babcock&Wilcox公司的直流式蒸汽发生器（OTSG）实验进行计算模型的可靠性验证;将传热管双侧对流换热与壁面均匀加热条件下的流动不稳定现象进行比较;分析管内流体加热段高度、流动方向变化时,不稳定边界的移动情况。结果表明,增加加热段高度、适当减少传热管水平方向倾斜角度（50°~90°内变化）可以增加系统的稳定性。该研究可以为螺旋管式蒸汽发生器设计提供参考。      

横掠管束的两相流湍流激振力的包络谱研究

蒸汽发生器等换热器中存在大量受两相流冲刷的管束结构。计算两相流湍流导致的管束振动响应时,需先确定流体激振力的功率谱密度（PSD）。由于缺乏有公认合理的两相流激振力的无量纲归一化方法,从而导致没有可供工程应用的两相流激振力的PSD包络谱。本文通过修改de Langre无量纲归一化方法中的混合物流速定义,获得1组新的两相流激振力PSD的包络谱。通过将本文包络谱与基于单相流的包络谱和de Langre包络谱的对比,并针对非均匀横向两相流作用下的蒸汽发生器U型传热管,计算了3种包络谱作用下的湍流激振响应。结果表明,基于单相流激振力PSD包络谱作为输入计算两相流湍流激振响应并不保守,而本文包络谱在保证安全性的前提下适当降低了de Langre包络谱过高的保守性。     

接管布置方式对UTSG倒流现象的影响分析

蒸汽发生器进出口腔室的流场结构对倒流现象有重要影响,而进出口接管布置方式能改变其腔室流场结构。本文建立了两种不同接管布置方式蒸汽发生器三维模型,采用CFD方法模拟了其在低流量条件下的流动换热和流场结构,分析了接管布置方式对倒流现象的影响。研究结果表明:接管布置方式对腔室流动速度场产生显著影响,进而影响到U型管进出口压降和流量分配。适当改变接管布置方式可使流量分配不均匀性降低、U型管进出口负压降升高,从而使蒸汽发生器倒流发生的临界流量和倒流总流量降低。