基于CFD方法的非能動(dòng)余熱排出換熱器數(shù)值分析.pdf

1、核電站發(fā)生全廠斷電、主給水喪失等事故時(shí)，非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)中的余熱排出熱交換器（PRHR HX）開始投入使用，及時(shí)將堆芯處的余熱排出，擔(dān)負(fù)著防止反應(yīng)堆發(fā)生更加嚴(yán)重事故的重任。非能動(dòng)余熱排出熱交換器是依靠溫度差和位差等非能動(dòng)手段作為驅(qū)動(dòng)力，使換熱器內(nèi)的流體產(chǎn)生自然循環(huán)流動(dòng)進(jìn)行堆芯余熱的排出。該系統(tǒng)使核電站對(duì)泵、閥門等能動(dòng)設(shè)備的依賴大大減少，同時(shí)也使人為因素對(duì)核電站安全的影響大大降低。在核電站中，非能動(dòng)系統(tǒng)的引入可以有效的增加其在發(fā)生事故時(shí)

2、反應(yīng)堆堆芯的安全性。
　　該課題應(yīng)用ANSYS流體力學(xué)分析軟件，對(duì)非能動(dòng)余熱排出換熱器的傳熱特性進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算，主要涉及的內(nèi)容如下：
　　1)分析非能動(dòng)余熱排出換熱器的物理模型，對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化，并應(yīng)用DesignModeler軟件建立PRHR HX模型。
　　2)分別研究討論非能動(dòng)余熱排出換熱器的殼側(cè)和管側(cè)的溫度場(chǎng)，對(duì)PRHR HX殼側(cè)不同位置處的流場(chǎng)換熱情況進(jìn)行重點(diǎn)分析，同時(shí)對(duì)傳熱管束內(nèi)部的溫度場(chǎng)進(jìn)行研究。分析

3、不同入口溫度條件下，出口平均溫度與入口溫度之間的差值，評(píng)價(jià)PRHR HX的換熱性能。
　　3)分析換熱器殼側(cè)的整體及局部速度場(chǎng)，以及PRHR HX的結(jié)構(gòu)對(duì)自然循環(huán)的影響，并為先進(jìn)反應(yīng)堆非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提出相關(guān)的優(yōu)化意見(jiàn)。
　　4)定義描述換熱器性能的無(wú)量綱參數(shù)相對(duì)溫降β，對(duì)典型工況下?lián)Q熱器換熱性能進(jìn)行敏感性分析。涉及到的因素主要有管束入口溫度、安全殼內(nèi)置換料水箱（IRWST）內(nèi)冷卻劑初始溫度以及傳熱管束流量等。

4、>　　分析表明，本課題所研究的非能動(dòng)余熱排出換熱器管束入口段內(nèi)外溫差較大，換熱強(qiáng)烈，殼側(cè)溫度升高明顯。IRWST內(nèi)上部的流體流動(dòng)與其下部的流體流動(dòng)相比較為劇烈。位于上部彎管束附近區(qū)域流體流動(dòng)最為劇烈。PRHR HX管側(cè)溫度由于內(nèi)外側(cè)傳熱管管程差別大、換熱條件不同導(dǎo)致出現(xiàn)明顯的沿管程分層現(xiàn)象；殼側(cè)的流體出現(xiàn)了明顯的沿高度方向上的溫差分層現(xiàn)象。隨著傳熱管束入口溫度的升高，換熱器的換熱能力逐漸增強(qiáng)，非能動(dòng)余熱排出效果明顯。
　　通過(guò)敏感

5、性分析可知，隨著傳熱管束入口溫度由550K逐漸提高到615K，相對(duì)溫降β也呈逐漸增加的趨勢(shì)，非能動(dòng)余熱排出效果越發(fā)明顯。而隨著 IRWST箱內(nèi)冷卻劑初始溫度的升高，傳熱管束的平均出口溫度呈現(xiàn)明顯的升高趨勢(shì)，相對(duì)溫降β逐漸降低，余熱排出換熱器的冷卻能力逐漸下降。當(dāng)入口流速在一定范圍內(nèi)升高時(shí)，相對(duì)溫降β逐漸降低，冷卻效果逐漸下降，但是當(dāng)入口流速增大到一定程度后，管束出口溫度和降溫比逐漸穩(wěn)定，換熱器的冷卻效果逐步不受入口流速增大所帶來(lái)的影響。