基于多孔介質(zhì)方法的蒸汽發(fā)生器三維瞬態(tài)兩相流熱工水力分析程序的開發(fā).pdf

1、蒸汽發(fā)生器是壓水堆核電站的重要設(shè)備，它既是一回路與二回路的熱交換器，又是一回路放射性壓力邊界。蒸汽發(fā)生器作為反應(yīng)堆正常運(yùn)行工況下的一回路熱阱，它的安全運(yùn)行和高效傳熱對核電站的安全運(yùn)行有關(guān)鍵作用。作為一回路放射性產(chǎn)物包容的壓力邊界，蒸汽發(fā)生器傳熱管的完整性是核電站輻射劑量控制的重要保障。因此，蒸汽發(fā)生器的可靠運(yùn)行對核電廠的安全性和經(jīng)濟(jì)性有非常重要的意義。
　　然而，根據(jù)壓水堆核電站的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)及運(yùn)行事故統(tǒng)計(jì)，蒸汽發(fā)生器傳熱管破裂事故是

2、核電站運(yùn)行期間發(fā)生概率相對較高的事故，非計(jì)劃停堆事故中四分之一的事故原因是蒸汽發(fā)生器傳熱管破損。因此，蒸汽發(fā)生器是核電站關(guān)鍵設(shè)備中最易發(fā)生故障的設(shè)備之一。為了提高蒸汽發(fā)生器的可靠性，包括改進(jìn)蒸汽發(fā)生器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、提供更好地運(yùn)行方案等，需要對蒸汽發(fā)生器運(yùn)行工況下的內(nèi)部流動和傳熱狀況進(jìn)行模擬和評估。
　　由于體積巨大，內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，很難用實(shí)驗(yàn)的方法模擬實(shí)際工況下的蒸汽發(fā)生器整體的流動傳熱狀況;而且，蒸汽發(fā)生器內(nèi)傳熱管數(shù)目眾多，形成的細(xì)小

3、狹長的通道構(gòu)成了二次側(cè)的復(fù)雜流動傳熱空間;二次側(cè)的復(fù)雜多變的兩相流動和沸騰換熱對流體的流動和傳熱特性有著顯著的影響。對于如此復(fù)雜的結(jié)構(gòu)需要劃分上億網(wǎng)格對其進(jìn)行整體計(jì)算，現(xiàn)如今的計(jì)算機(jī)水平還不能滿足這樣的計(jì)算要求。而采用多孔介質(zhì)方法可以簡化流體流動的空間結(jié)構(gòu)，減少網(wǎng)格數(shù)量，從而為蒸汽發(fā)生器整體的熱工水力特性研究提供了有效方法。
　　本文利用多孔介質(zhì)方法，將蒸汽發(fā)生器二次側(cè)簡化為多孔介質(zhì)，傳熱管為多孔介質(zhì)的骨架。利用孔隙率反映流體和固

4、體的體積比與流通面積比，并利用分布式阻力等效傳熱管束對二次側(cè)流體的流動阻力。二次側(cè)流體采用兩流體模型對一、二次側(cè)兩相流流動及傳熱過程進(jìn)行模擬，并使用輔助模型對兩相流的流型、傳熱和壓降等特征進(jìn)行了描述。本文通過程序開發(fā)將上述數(shù)學(xué)物理模型編制為蒸汽發(fā)生器熱工水力特性計(jì)算分析程序THAC-SG，分別驗(yàn)證了多孔系數(shù)計(jì)算子程序PMA、水和水蒸氣的物性參數(shù)計(jì)算子程序PWS和數(shù)值求解子程序NCS的正確性。利用大亞灣蒸汽發(fā)生器的設(shè)計(jì)參數(shù)，計(jì)算了蒸汽發(fā)生

5、器二次側(cè)體積含汽率分布、含汽率的變化、一、二次側(cè)熱耦合溫度分布、溫度變化趨勢、流場分布、壓力場趨勢及傳熱系數(shù)的變化等熱工水力特性參數(shù)，并通過與設(shè)計(jì)參數(shù)的對比驗(yàn)證了程序計(jì)算的準(zhǔn)確性。
　　計(jì)算結(jié)果表明:本文提出的基于位置分布計(jì)算的孔隙率計(jì)算法和基于區(qū)域縮短法計(jì)算的面孔隙率計(jì)算方法可以有效地計(jì)算控制體的多孔系數(shù)?；诖朔椒ň幹频淖映绦騊MA有非常好的計(jì)算精度和計(jì)算效率。程序THAC-SG的計(jì)算結(jié)果表明，兩流體模型可以很好地描述蒸汽發(fā)生