集管式換熱器流動(dòng)與換熱特性研究.pdf

1、為了在核電廠發(fā)生嚴(yán)重事故時(shí)，保證防止放射性物質(zhì)外泄最終屏障的安全殼的完整性，新一代核電廠除了設(shè)置能動(dòng)的噴淋系統(tǒng)之外，還采用了非能動(dòng)安全殼熱量導(dǎo)出系統(tǒng)來排出安全殼內(nèi)的熱量。非能動(dòng)安全殼熱量導(dǎo)出系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備——內(nèi)部換熱器常用的形式是集管式換熱器，其流量分配、流動(dòng)損失等特性對(duì)于系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行以及換熱性能都至關(guān)重要，因此有必要針對(duì)集管式換熱器流動(dòng)及換熱特性進(jìn)行研究。
　　本文主要借助CFD軟件FLUENT對(duì)U型、Z型和中心型集管式

2、換熱器聯(lián)箱內(nèi)壓力分布、流量分配、流動(dòng)損失和換熱性能等進(jìn)行研究。對(duì)于動(dòng)量恢復(fù)型集管式換熱器，當(dāng)換熱管數(shù)量較少時(shí)（如少于30-40根），由于U型布置的流量分配均勻性較Z型布置好，流動(dòng)損失較中心型布置小，內(nèi)部換熱器布置形式應(yīng)首選U型；當(dāng)換熱管數(shù)量較多時(shí)，由于中心型布置較U型和Z型流量分配均勻性好，應(yīng)首選中心型，其次選擇U型布置，避免使用 Z型布置。針對(duì)U型布置換熱器聯(lián)箱匹配問題的研究表明，分配聯(lián)箱與匯流聯(lián)箱截面比在0.6左右流量分配效果最佳。

3、另外對(duì)變徑這一入口效應(yīng)的分析表明：U型布置時(shí)，變徑可能增強(qiáng)其流量分配均勻性；Z型布置時(shí)，變徑易導(dǎo)致?lián)Q熱器內(nèi)部出現(xiàn)倒流現(xiàn)象。
　　中心型換熱器流動(dòng)特性受分流三通這一入口效應(yīng)影響較大，故對(duì)分流三通的流場進(jìn)行了可視化實(shí)驗(yàn)和數(shù)值計(jì)算?？梢暬瘜?shí)驗(yàn)中觀察到一次渦流和二次渦流的存在，數(shù)值計(jì)算中發(fā)現(xiàn)一次渦流是影響中心型換熱器流量不均勻分配的主要因素。調(diào)節(jié)中心節(jié)距（入口兩側(cè)兩根換熱管之間的距離）可以減弱入口效應(yīng)的影響，在中心節(jié)距為10倍聯(lián)箱直徑時(shí)分

4、流三通的影響基本消失。由于入口三通效應(yīng)可以從一定程度上增強(qiáng)換熱器流量分配均勻性，故中心節(jié)距選擇為6倍聯(lián)箱直徑是比較合適的選擇。對(duì)中心型換熱器聯(lián)箱尺寸的研究表明，增大聯(lián)箱直徑可以減小流動(dòng)損失，增強(qiáng)流量分配均勻性；在換熱管總流通面積與聯(lián)箱橫截面積的比小于4.0時(shí)，SEi（用以衡量換熱器整體流量分配均勻性的因子）均小于5.0，聯(lián)箱直徑對(duì)于流量分配的影響比較小，且設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保證分配聯(lián)箱直徑大于匯流聯(lián)箱直徑。
　　從流動(dòng)阻力和換熱兩個(gè)方面對(duì)集