压水堆蒸汽发生器三维两相热工水力分析程序开发与验证

为解决我国核电厂蒸汽发生器二次侧三维两相热工水力分析程序缺乏的问题,针对压水堆核电厂蒸汽发生器结构特点,以CFD软件中多孔介质模型为基础,采用UDF对CFD软件进行了二次开发,完成了蒸汽发生器二次侧三维两相热工水力分析程序的开发。基于模化分析采用小规模管束进行流动传热试验,模拟蒸汽发生器一、二次侧流场,获得试验体试验工况下的一、二次侧流场数据。采用开发的程序对试验件建模分析,结果表明:该程序能够实现对蒸汽发生器试验件的模拟,预测结果与试验测量结果符合良好,证明了该程序计算结果的可靠性。     

基于自主开发求解器的蒸汽发生器二次侧流场分析

针对蒸汽发生器二次侧复杂流动传热现象,基于iconCFD开发了新的物理模型和求解器,采用多孔介质模型完成了对蒸汽发生器二次侧的流动和换热现象的数值模拟分析。计算模型中通过映射的方法实现了不同区域之间的数据的相互交换和更新,计算结果与ATHOS软件计算的结果相比对,通过比较一次侧出口温度、二次侧出口水蒸气质量流量和二次侧进口和出口处压力,此3项与ATHOS软件计算结果误差均小于1%,验证了新求解器的有效性和可靠性。     

航空润滑油过滤器特性的数值模拟

采用计算流体力学(CFD)的方法建立网式航空滑油滤的数学模型。利用多孔介质模型来模拟滤网的阻力效应,用多孔阶跃面代替滤网来模拟滤网的压降;应用离散相模型模拟过滤效率,在多孔阶跃面上应用用户自定义函数(UDF)对颗粒进行捕集,对该模型进行计算,得到过滤器的三维内部流场分布及其压力损失和过滤效率与润滑油进口速度的关系,为航空滑油滤的优化设计提供了参考。     

CAP1400蒸汽发生器关键制造技术

根据第三代非能动压水堆(CAP1400)水堆核电蒸汽发生器制造过程中积累的经验并结合其他压水堆型核电蒸汽发生器的制造经验,介绍了CAP1400蒸汽发生器的结构特点,并分别对制造过程中的一些关键制造技术,如管板一次侧镍基堆焊、管板深孔钻、内套筒的装配、管束穿管、液压胀管和水室封头焊接等进行详细的阐述,为后续压水堆型核电蒸汽发生器的制造提供经验参考。     

某发动机空滤器的CFD优化设计

应用流体力学软件FLUENT,对某发动机空滤器内部不可压缩、湍流流场进行三维数值模拟和结构优化。计算中对滤芯采用多孔介质模型,着重分析了空滤器内部的压力场分布、速度场分布;对入口管、出口管和入口管与腔体连接位置进行优化,并分析不同方案下空滤器的流场及其管道的流动阻力损失和空滤器滤芯流体的速度均匀性,再进行CFD仿真计算验证,最终得出了一个流场和阻力损失都合理的模型;优化方案对改善空滤器的阻力损失和滤芯前速度均匀度取得了显著效果。     

蒸汽发生器传热管湍流激励功率谱密度计算

湍流激励是核蒸汽发生器换热管发生流致振动的重要机理之一,也是微振磨损的重要诱因。为计算换热管的微振磨损速率,需要首先获得湍流激励功率谱密度（PSD）,其此前只能通过试验的方法获取。为利用CFD方法获得换热管上的湍流激励功率谱密度,建立了蒸汽发生器换热管束流场的数值模型,基于LES方法计算得到了管束内部的流场分布,提取了传热管上所受流体力并计算得到了其功率谱密度,计算结果与试验结果吻合良好。结果显示,管束内部传热管所受流体力为具有尖峰特征的宽频信号,其能量集中在一定带宽内。其结果为利用CFD方法计算传热管微振磨损建立了基础。     

基于迭代计算的汽车散热器性能分析方法研究

运用CFD方法对某型汽车管带式百叶窗散热器进行性能分析,采用局部迭代法,计算出整体散热器的换热性能。同时利用多孔介质代替散热带的方法,模拟计算出散热器的阻力特性。研究结果表明:运用数个局部模型的计算结果可以估算出整条散热带的仿真散热量,将散热器总质量流量的平均值作为每个扁管入口质量流量估算散热器的仿真散热量是可行的。局部迭代法和多孔介质模型模拟计算的结果与试验结果吻合,为整体散热器的性能分析提供了新思路。     

改进型的直流蒸汽发生器破口建模与仿真研究

为提高目前直流蒸汽发生器集中式模型在破口故障下的计算精度，提出一种改进后的蒸汽发生器混合式模型。在APROS仿真平台中建立了混合式和集中式的蒸汽发生器破口模型，利用LOCA试验数据对两者的准确性进行比较验证。将混合式模型应用至动力转换装置的汽水回路中，研究不同位置及大小的破口后系统主要参数的动态特性。结果表明，混合式模型将破口初期一次侧压力和泄露流量的计算误差分别从13.7%和35.8%降低到了1.2%和3%。在动力系统中，当蒸汽发生器发生破口后，二次侧出口蒸汽温度和干度降低，压力增大，汽轮机的功率和转速增加。破裂位置发生在蒸汽发生器进口位置时，蒸汽发生器出口热力参数变化幅度较小；破裂位置发生蒸汽发生器二次侧出口位置，造成蒸汽发生器出口参数大幅降低。该改进后的模型和仿真结果将为直流蒸汽发生器的设计及运行提供参考。     

发夹式换热器管束流致振动数值模拟研究

运用计算流体力学方法,采用ANSYS CFX软件对发夹式换热器的壳侧流场进行了三维数值模拟。流场计算中采用多孔介质模型对管束区域进行简化,分析了壳侧流场的速度分布,结果表明:直管段部分的流体湍流强度大于弯管段,且外层管束所在区域为高流速区,受流体冲刷严重。结合流场信息,通过功率谱生成随机激振力,采用ABAQUS软件模拟计算了湍流激振下管束的振动响应,结果显示管束的面外均方根位移远大于面内位移,且弯管部分的振动位移最大。该研究结果可为发夹式换热器的性能分析和优化设计提供参考和依据。     

二级可调节流减压阀流场与噪声分析

以连续性方程、动量方程和基于各向同性涡黏性理论的k-ε方程组成内部流动数值模拟的控制方程组,并根据数值计算具体要求,设定适当边界条件,应用CFD软件Fluent对高参数单阀座直流式二次可调节流减压阀内部蒸汽流动状态进行了可视化计算和分析研究。通过建立不同开度的流场模型,研究了多孔消声罩对流体流动的影响,分析二次节流过程。结果表明,高压蒸汽经过带有多孔消声罩式的减压阀,发生两次压力下降,最终达到工况要求。通过研究蒸汽的绝热降压过程与阀体结构的关系,发现蒸汽在阀芯后空腔和阀出口空腔产生大量漩涡,堵塞流道、影响蒸汽的流动,经改进减压阀结构,漩涡量减少,有效改善蒸汽流动情况。     

蒸汽发生器一次侧受损处理原则的讨论

蒸汽发生器一次侧异物事件可造成蒸汽发生器一次侧表面甚至传热管损伤,可对蒸汽发生器完整性产生危害。简述蒸汽发生器异物一次侧的设计及功能要求,对一次侧受损所产生的影响进行分析,并对修复原则进行讨论。认为异物导致的表面硬化会影响材料的抗应力腐蚀性能,但裂纹不会对设备的完整性产生影响;管子-管板焊缝承担了部分结构焊缝的功能,有条件时,可进行修复。     

对高压蒸汽发生器设计及制造的分析

高压蒸汽发生器是以高温导热油作为加热源,采用U型换热管管束作为加热装置,高温导热油流过管内时释放热量,加热壳程内的水,产生水蒸汽,从而实现对外供汽的目的,以满足生产、生活的需要。换热器是一种实现物料之间热量传递的节能设备,是在石油、化工、医药、食品等行业普遍应用的一种工艺设备。釜式重沸器是换热器中比较常见的一种形式,以高压蒸汽发生器为例,就选材、管束与法兰的密封、焊接、焊后热处理等方面进行探讨和分析,基于相应的焊接工艺评定及试验结果,最终表明在高温高压工况下螺柱和垫片的性能良好,能有效保证密封,管板和管头的胀焊并用满足强度和密封性能,该设备在设计制造方面是正确的、可靠的。     

核电站蒸汽发生器的建模及仿真

针对立式U型自然循环蒸汽发生器进行建模与仿真研究。采用集总参数法,依据均相模型的基本假设,给出了各个部分的数学模型。基于STAR-90仿真支撑系统得到系统的仿真模型,并进行实时动态仿真实验,验证了此系统模块化模型的合理性。     

大型多孔介质太阳能储能器的优化设计

基于k-ε湍流模型和多孔介质的定性损失模型,用ANSYS CFX软件对大型多孔介质太阳能储能器进行稳态流动的模拟分析。在给定边界条件的情况下,通过改变多孔介质孔隙率和储能器的结构参数,分析储能器输出功率的变化,从而得出储能器直径对介质的速度和温差乘积影响的局部灵敏度为0.45,孔隙率为0.12,多孔介质厚度为0.07,出口高度为0.001。以太阳能储能器输出功率最大为目标,通过优化得到三组参变量的设计点和一组响应点,其中设计A点对应的输出a值最大。     

航空滑油过滤器的数值模拟及其特性研究

采用计算流体力学（ＣＦＤ） 的方法建立网式航空滑油滤的数学模型。利用多孔介质模型来模拟滤网的阻力 效应,用多孔阶跃面代替滤网来模拟滤网的压降;应用离散相模型模拟过滤效率,在多孔阶跃面上应用用户自定义函数 （ＵＤＦ） 对颗粒进行捕集,对该模型进行计算,得到过滤器的三维内部流场分布及其压力损失和过滤效率与润滑油进口 速度的关系,为航空滑油滤的优化设计提供了参考。     

船舶压载水过滤器内部流场的数值研究

采用CFD软件对自动反冲洗过滤器内部流场进行模拟分析,滤网采用多孔介质模型,并对仿真结果值与过流试验值进行了比较。结果表明,仿真模拟结果值与试验值相差不大,证明了滤网多孔介质模型的仿真方法以及过滤器仿真结果的可靠性,并分析了过滤器内部流场情况,为自动反冲洗过滤器的优化设计与性能分析提供必要的理论依据。     

航空发动机金属泡沫通风器阻力特性研究

不同工况(入口流量、转速)对金属泡沫内部流体的流动特性有重要的影响。根据金属泡沫的孔隙率和孔密度建立了金属泡沫简化模型;在此基础上,采用圆管数值模拟得出多孔介质参数;最后利用FLUENT软件及其多孔介质模型数值模拟了金属泡沫通风器在不同工况下的阻力特性。研究结果表明,金属泡沫通风器的压力降随着通风器流量的增加而增加,转速对通风器阻力特性的影响规律与该规律相似。这项成果,为金属泡沫通风器的研究及应用提供了理论支持。     

车辆散热器冷热侧耦合散热的数值模拟研究

为缩短发动机冷却系统散热性能匹配设计开发周期,介绍了一种快捷、可靠地计算散热器性能参数的数值模拟方法。通过对散热器进行换热风洞试验研究,分析其在一定水流量条件下,换热功率、出水温度与迎面风速的关系。然后根据原始几何参数建立了散热器计算域物理模型,分别采用多孔介质模型和双流换热器模型表征散热器芯体翅片结构和热交换模型,采用CFD数值模拟方法对散热器冷、热侧耦合散热进行仿真分析,得到散热器换热功率和出水温度分析数据,并与试验数据进行对比,误差在以内,验证了此模拟计算方法的可靠性。     

滤芯褶数对气体过滤器流体动力学性能影响的研究

基于三维褶模型,采用CFD技术对空气过滤器性能进行数值模拟计算,使用FLUENT软件中的多孔介质模型对空气过滤器进行了流体动力学分析。结果表明,增大进口风量会使过滤器阻力增大;增加滤芯褶数会增大过滤器的有效过滤面积,增大有效过滤面积可以降低过滤速度,从而减小滤芯过滤阻力。然而这种增加不是无限制的,增加褶数会减小褶间距,过小的褶间距会导致气流局部紊乱,气体间摩擦阻力增大,从而使得整个过滤器阻力增大。对于一定尺寸的过滤器存在一个最优的褶数使得过滤阻力最小。     

蒸汽发生器二次侧水压试验管板加热研究及应用

蒸汽发生器二次侧水压试验需将管板加热到要求温度,并在整个试验期间监测温度保持在一定范围内,其主要目的是防止蒸汽发生器管板发生脆性破坏,并保持足够的安全余量。通过对管板的温度要求、加热方式、管板热容量等方面进行分析和估算,最终设计合理的管板加热方案,以满足蒸汽发生器二次侧水压试验对管板温度的要求。秦山核电二期1,2号机组大修,成功完成了4台蒸汽发生器二次侧水压试验,管板加热效果良好,加热温度及加热时间满足预期要求。