[發明專利]一種大型壓水堆核電廠穩壓器水封形成過程計算方法

在審

• 申請號: 201811103165.6
• 申請日: 2018-09-20
• 公開（公告）號: CN109299536A
• 公開（公告）日: 2019-02-01
• 發明（設計）人: 王明軍;王茜;巫英偉;田文喜;蘇光輝;秋穗正
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G21C1/09
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 何會俠

本發明公開了一種大型壓水堆核電廠穩壓器水封形成過程計算方法，能夠針對大型核電廠在反應堆啟動工況下，對其穩壓器內部水封形成過程進行三維精細熱工水力計算；計算過程為：1、計算區域幾何模型建立；2、確立冷凝關系式；3、計算冷凝段溫度；4、建立三維冷凝源項；5、流體動力學計算；本發明方法既能夠避免對水封結構進行水力驗證試驗的高成本，又能夠保證采用本發明方法進行數值計算所得到的結果的準確性；本發明對水封計算方法的成功建立，能夠適用于各類計算流體力學分析程序對穩壓器不同工況下水封形成過程進行數值模擬，計算溫度、壓力分布及水位隨時間變化情況；該計算方法適用于其他設備的類似工況。

技術領域

本發明屬于大型壓水堆核電廠穩壓器分析技術領域，具體涉及一種大型壓水堆核電廠穩壓器水封形成過程的計算方法。

背景技術

核電廠穩壓器是將一回路壓力維持在穩定值，調控一回路壓力的重要設備。在穩壓器安全閥上游設有水封結構，目的是減少穩壓器汽相空間的氫氣通過安全閥泄漏至卸壓箱，減少安全閥下游管線以及穩壓器安全閥接管嘴承受的水力載荷，并減緩安全閥溫度波動。由于氫氣的分子量很小，具有很強的逃逸性，氫氣很容易從閥門的縫隙中泄漏到核電廠廠房內，可能導致不可預見的影響和事故。因此，在安全閥前端設置水封阻止氫氣泄漏是非常有必要的。

早期的核電廠穩壓器水封結構為設置在安全閥上游的一段U型管，內部存有液相水以阻止氫氣泄漏。在反應堆正式運行前，要對穩壓器安全閥進行安全起跳試驗。U型管式水封結構在安全閥開啟瞬間，會對安全閥下游管線以及穩壓器安全閥接管嘴造成較大的水力載荷。為了減小穩壓器安全閥開啟時安全閥接管嘴及下游管線承受的水力載荷，大型先進壓水堆核電廠穩壓器中將水封結構安裝到穩壓器上封頭內部(圖1)。

大型先進壓水堆核電廠穩壓器中的新型水封結構是否滿足設計要求，對核電廠的安全運行至關重要。為了完善相關工程設計驗證資料，提高自主核心設計能力，需要對不同工況下的穩壓器水封形成過程及關鍵參數如溫度、壓力、液位高度等進行分析。

國內外研究

在水封結構和水封形成過程分析方面，已開展的研究較少。Reynolds研究了U型管水封如何阻止下水道穢氣進入房中，并被應用于建筑行業。Lima等人開展了減少穩壓器安全閥水力載荷的試驗，試驗發現加熱U型管水封結構中的水，使其獲得較高溫度，在穩壓器閥門開啟瞬間，水封中的水由于閃蒸的作用變成了氣體，氣體通過管道的載荷比低溫液體通過管道的載荷小得多。但上述研究都針對U型管式水封結構，對大型先進壓水堆核電廠穩壓器的新型水封結構并不適用。

在包含不凝性氣體的蒸汽冷凝方面，國內外均開展過相關研究。Colburm和Hougen發展了冷凝量由穿過不凝性氣體層的濃度梯度決定的理論。Che，Da和Zhuang基于這一理論開展了管內濕空氣的蒸汽-水傳熱傳質試驗。Revankar和Pollock應用CFD程序預測了豎直管中存在不凝性氣體情況下的層流膜狀凝結并與試驗結果進行了對比。Moukalled等人采用CFD程序預測并優化了空調設備的性能。

綜上，目前國內外研究者對包含不凝性氣體的冷凝方面進行了大量研究，對U型管式水封結構也有一些研究，但根據調研，針對大型先進壓水堆核電廠穩壓器新型水封結構及其水封形成過程，目前仍存在較大空白。常用的試驗研究方法和一維簡化處理方法，存在著成本高、精度低、可視性差等不足，均不能較好的獲得水封形成過程關鍵參數。需要提出一種三維水封形成過程計算方法，獲得不同工況下的穩壓器水封形成過程及關鍵參數。

發明內容

為了克服上述現有技術存在的問題，本發明的目的在于提供一種大型壓水堆核電廠穩壓器水封形成過程計算方法，既能夠避免對水封結構進行水力驗證試驗的高成本，又能夠保證采用本發明方法進行數值計算所得到的結果的準確性；本發明對水封計算方法的成功建立，能夠適用于各類計算流體力學分析程序對穩壓器不同工況下水封形成過程進行數值模擬，計算溫度、壓力分布及水位隨時間變化情況。該計算方法適用于其他設備的類似工況。