[發明專利]一種高溫氣冷堆螺旋管蒸汽發生器熱工水力特性三維計算方法

有效

• 申請號: 202110879159.5
• 申請日: 2021-08-02
• 公開（公告）號: CN113609795B
• 公開（公告）日: 2022-12-09
• 發明（設計）人: 王明軍;孫金象;章靜;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: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06F111/10;G06F113/08;G06F119/08;G06F119/14
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 何會俠

本發明公開了一種高溫氣冷堆螺旋管蒸汽發生器熱工水力特性三維計算方法，包括以下步驟：建立高溫氣冷堆蒸汽發生器計算域簡化幾何模型；對蒸汽發生器計算域幾何模型進行網格劃分；將劃分的網格導入計算流體動力學軟件，并進行邊界條件及多孔介質參數設置；調研高溫氣體物性關系式，并編寫為UDF導入計算流體動力學軟件；對殼側高溫氣體、管側蒸發兩相流及管壁固體域進行耦合流動傳熱計算。該方法能夠運用計算流體動力學手段對高溫氣冷堆螺旋管蒸汽發生器管內的蒸汽蒸發以及螺旋管束外的高溫氣體流動進行耦合計算。

技術領域

本發明屬于核反應堆熱工水力計算技術領域，具體涉及到一種高溫氣冷堆螺旋管蒸汽發生器熱工水力特性三維計算方法。

背景技術

蒸汽發生器是核反應堆動力系統中至關重要的組成部分，是反應堆一二回路熱量傳遞的樞紐。螺旋管蒸汽發生器是一種結構緊湊、換熱效率高的蒸汽發生器，其主要由：螺旋管束、內筒、殼體外壁面組成。螺旋管束繞套筒按照不同的徑向位置分層布置，每層內均勻布置多根螺旋管。螺旋管蒸汽發生器因其獨特結構，較常規換熱器增加了兩側流體的換熱面積與湍流強度，換熱能力得到增強，得益于其獨特優勢，螺旋管蒸汽發生器被廣泛應用于高溫氣冷堆、船用壓水堆等。

高溫氣冷堆螺旋管蒸汽發生器結構特殊，管內流體除了受到重力、摩擦力的影響，還受到離心力的影響；管外流體為外掠管束流動，受到管束的攪渾作用，管外流體的湍流程度大大提升，強化了兩側流體的換熱，提高了蒸汽發生器的換熱效率。為了高溫氣冷堆結構設計與進一步優化、運行控制以及安全性能分析，有必要對高溫氣冷堆螺旋管蒸汽發生器換熱性能進行分析。在分析方法上，有實驗模擬與計算流體動力學計算兩種方法，實驗模擬成本較高，使用計算流體動力學手段進行計算是有效且方便的。已有的方法多關注單側流體流動換熱，無法真實模擬螺旋管蒸汽發生器內部流動過程，或是開發系統程序進行模擬，但是缺乏對細節現象的描述能力。使用計算流體動力學手段對高溫氣冷堆螺旋管蒸汽發生器兩側流體耦合換熱進行研究，可以對全流域進行精細模擬，同時當前還沒有針對高溫氣冷堆螺旋管蒸汽發生器換熱特性進行三維耦合的研究，因此該方法將對高溫氣冷堆螺旋管蒸汽發生器的進一步發展具有重要意義。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高溫氣冷堆螺旋管蒸汽發生器熱工水力特性三維計算方法，該方法能夠運用計算流體動力學手段對高溫氣冷堆螺旋管蒸汽發生器管內的蒸汽蒸發以及螺旋管束外的高溫氣體流動進行耦合計算。

為了達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

本發明方法采用多孔介質方法以及計算流體動力學軟件中的組分輸運模型以及質量擴散理論來模擬高溫氣冷堆螺旋管蒸汽發生器的蒸汽蒸發現象；通過編寫UDF導入該軟件的方法模擬螺旋管蒸汽發生器外部的高溫氣體流動；同時根據傅里葉導熱定律計算螺旋管管壁的溫度分布。

一種高溫氣冷堆螺旋管蒸汽發生器熱工水力特性三維計算方法，包括如下步驟：

步驟1：建立高溫氣冷堆螺旋管蒸汽發生器計算域簡化模型，包括螺旋管蒸汽發生器外部封殼模型和螺旋管蒸汽發生器中心支撐柱模型，具體步驟如下：

步驟1-1：運用幾何模型建立軟件建立高溫氣冷堆螺旋管蒸汽發生器外部封殼模型，模型為圓柱體結構；

步驟1-2：運用幾何模型建立軟件建立高溫氣冷堆螺旋管蒸汽發生器內部支撐柱模型，模型為與步驟1-1建立的高溫氣冷堆螺旋管蒸汽發生器外部封殼模型同心等高的圓柱體；

步驟1-3：將步驟1-1與步驟1-2建立的模型進行裝配，得到高溫氣冷堆螺旋管蒸汽發生器簡化環形通道模型；

步驟2：在步驟1得到的高溫氣冷堆螺旋管蒸汽發生器簡化環形通道模型的基礎上進行網格劃分，具體過程如下：將蒸汽發生器管束區簡化為多孔介質模型，針對管束區一次側和二次側流體域劃分網格，對蒸汽發生器其他部位進行四面體結構化網格劃分；