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(kāi)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)蒸汽發(fā)生器運(yùn)行工況下的內(nèi)部流動(dòng)和傳熱狀況進(jìn)行模擬和評(píng)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(dòng)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(zhǎng)的通道構(gòu)成了二次側(cè)的復(fù)雜流動(dòng)傳熱空間;二次側(cè)的復(fù)雜多變的兩相流動(dòng)和沸騰換熱對(duì)流體的流動(dòng)和傳熱特性有著顯著的影響。對(duì)于如此復(fù)雜的結(jié)構(gòu)需要?jiǎng)澐稚蟽|網(wǎng)格對(duì)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(jiǎn)化流體流動(dòng)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(jiǎn)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(duì)二次側(cè)流體的流動(dòng)阻力。二次側(cè)流體采用兩流體模型對(duì)一、二次側(cè)兩相流流動(dòng)及傳熱過(guò)程進(jìn)行模擬，并使用輔助模型對(duì)兩相流的流型、傳熱和壓降等特征進(jìn)行了描述。本文通過(guò)程序開(kāi)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(shì)、流場(chǎng)分布、壓力場(chǎng)趨勢(shì)及傳熱系數(shù)的變化等熱工水力特性參數(shù)，并通過(guò)與設(shè)計(jì)參數(shù)的對(duì)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