压水堆核电站蒸汽发生器二次侧两相流流场特性模拟

压水堆核电站蒸汽发生器中二次侧流体流过传热管束会使管束发生振动,可能造成管束损坏,引发事故.蒸汽发生器尺寸较大,内部结构复杂,难以进行全尺寸实验,数值模拟方法是研究蒸汽发生器热工水力特性的常用方法.现有研究以设计工况下的热工水力参数为主,而对于不同冷热端给水比条件、或存在防振条偏移时传热管上流体力的分布规律考虑不足.为分析流场状态与流体力分布规律,使用FLUENT软件及多孔介质模型研究蒸汽发生器二次侧流场特性,通过分布式阻力表征流域内管束、支撑板、防振条等组件的影响,将一次侧对二次侧热交换能量以边界条件形式加入到模型中,基于零方程湍流模型,并结合两相漂移流模型计算得到了流场的温度、空泡率、速度、横流动能的分布规律,同时研究了冷热端给水比与防振条偏移对流体力分布的影响.结果表明:在设计工况下,轴向高度3 m时二次侧流体均升温至沸点并保持稳定,空泡率随换热过程的进行而逐渐增加,在二次侧出口处平均值为90%;流体速度与空泡率、流动方向及流场结构有关,热端平均流速呈现在直管段增加、弯管段降低的趋势,在8.8 m高度达到最大值5.36 m/s,而冷端流速在轴向高度2.2 m前略有降低,随后与热端趋势相同,8.8 m高度处为最大值3.56 m/s;流体对管束的作用在二次侧入口区域与弯管区域较明显,而在直管段几乎没有影响;冷热端给水比例的变化仅对入口处流体动能分布影响较大;防振条偏移会对局部流体力分布造成影响,两组防振条之间流速和动能将平滑变化.     

蒸汽发生器二回路过冷沸腾的数值模拟

为深入研究核电蒸汽发生器二回路侧汽液两相的沸腾传热和流动特性,采用RPI模型对过冷沸腾区域壁面的热流分配进行划分,以此修正CFD程序中的两流体模型,并利用文献中的实验结果验证了修正后模型的适定性.最后以大亚湾压水堆核电站为例,采用该模型对蒸汽发生器内二回路预热段单元通道内的过冷沸腾进行计算,获得了通道内流体空泡份额、速度、温度、热流量分配等的分布情况.     

新型直流蒸汽发生器的动态特性仿真研究

新型直流蒸汽发生器采用双面传热的双层套管结构,一次侧的单相流体分别在内、外侧强迫流动,二次侧经过相变的流体逆向强迫流动,根据这些特点,对其进行热工和水力分析,采用集中参数处理方法和可移动边界法,建立了直流蒸汽发生器的数学模型和仿真系统.仿真结果表明,所建立的数学模型能够反映直流蒸汽发生器的动态特性.     

快堆蒸汽发生器小泄漏氢扩散数值模拟

为了通过微氢泄漏探测系统正确判断快堆蒸汽发生器水 /水蒸汽小泄漏 ,建立了快堆蒸汽发生器水 /水蒸汽向钠泄漏后钠水反应产生的氢沿蒸汽发生器扩散的数值模型。假设为大孔隙多孔介质 ,模拟钠在蒸汽发生器内的流动 ,引入体积孔隙率 ,面渗透率和分布阻力来模拟管束、支撑板对钠流动的扰动。根据钠水 /水蒸汽反应生成的氢气和氢氧化钠在钠中离解动力特性 ,建立氢离子和氢氧根离子的扩散方程。钠回路蒸汽发生器的注水模拟水 /水蒸汽泄漏实验表明 :微氢泄漏探测系统对蒸汽发生器钠出口处氢浓度模型计算值的响应与其实测响应吻合的很好     

带排烟热回收发生器的直燃机系统模拟和优化

提出了一种带排烟热回收发生器的直燃机系统,并对系统进行了模拟分析.模拟结果表明:新型循环的性能系数随着排烟热回收发生器产生的冷剂蒸汽比例的增大而增大,但热回收发生器所需的传热面积也增大.提出了热回收发生器的优化计算方法,确定了给定参数下热回收发生器产生的最佳冷剂蒸汽比例.新型循环的性能系数提高约2 %,排烟温度可降低到130 ℃左右,从长远来看具有很好的节能和环保效益.     

高温气冷堆示范工程螺旋管式直流蒸汽发生器工程验证试验

研发一种新型蒸汽发生器必须进行一定规模的工程验证试验。清华大学核能与新能源技术研究院在其实验基地建设了高温气冷堆示范工程(HTR-PM)螺旋管式直流蒸汽发生器的工程验证试验回路(engineering test facility for steam generator, ETF-SG)。工程验证试验回路能够模拟HTR-PM运行参数,可对HTR-PM蒸汽发生器一个换热组件进行1∶1的工程验证试验。回路设计热功率10 MW,氦回路设计压力8 MPa,最高设计温度800℃,二回路设计压力18 MPa,最高设计温度600℃。在工程验证试验回路上针对高温气冷堆蒸汽发生器完成了几十项热工水力试验,对蒸汽发生器的温度均匀性、堵管后温度分布及其温度展平调节、热工水力瞬态特性、两相流不稳定性等进行了试验研究,验证了HTR-PM螺旋管式直流蒸汽发生器的热工水力和结构设计,并为其调试、运行、低功率及启停工况参数的确定提供了重要数据和参考。     

电站凝汽器汽相流动与传热特性的准三维数值分析

为了研究凝汽器流动与传热特性沿轴向的变化,文中发展出一个凝汽器汽相流动与传热特性的准三维数值计算方法,应用该方法对一大型凝汽器汽相流动与传热特性进行了数值模拟．计算结果表明,单流程凝汽器冷却水温度沿流向的变化对蒸汽流动与传热的三维特性会产生明显的影响．     

蒸汽驱开发指标预测的解析模型

从分析蒸汽驱物理过程入手,建立起蒸汽超覆物理模式,把蒸汽驱过程中的油藏分为具有超覆前缘的四个区:原始油藏区、原油富集区、热流体区和蒸汽区.经过各区超覆前缘等价位置的转换,把超覆物理模式等价转换成活塞式推进物理模式;然后建立各区的物质平衡方程和能量平衡方程,求解出各区中油、汽、水饱和度以及前缘等价位置.提出了综合驱替效率的概念。利用拟驱替效率和面积波及效率计算出各时刻油、气、水、汽(当出现蒸汽突破时)的产出量及油汽比等一系列开发指标,并与经验方法预测结果和蒸汽驱数值模拟结果进行了对比.结果表明,本文模型计算的产量曲线与热采数值模型的计算结果较为吻合.     

高强钢激光拼焊板热冲压材料模型的构建及实验验证

为了能够采用数值方法准确模拟高强钢激光拼焊板热冲压过程,研究了热冲压过程的相变转化模型、传热模型及激光拼焊板的热力学模型,包括2种母材及焊缝区域热力学模型的建立,并建立了完整的数值仿真模型.选取1.6 mm的硼钢B1500HS和1.2 mm的低合金高强钢B340LA进行激光拼焊,对其进行热冲压成形实验,并对热冲压件B柱加强件进行厚度分布分析及微观组织测试,通过与数值模拟结果的比对验证了材料模型的可靠性.     

高超声速气动热的耦合计算方法研究

为了准确预测高超声速飞行器承受的气动热载荷,需要进行流动-传热耦合分析.采用耦合传热方法,考虑流体流动和结构传热之间的实时相互影响,对圆柱壳高超声速气动加热风洞实验进行了三维非定常数值模拟,将数值模拟结果与实验结果进行了全面对比,得到的表面压力、冷壁热流、热壁热流和温度分布与实验结果符合良好,验证了耦合计算方法的准确性,提高了气动热模拟精度,实现了气动加热的准确计算.     

三重同心套管相变传热的数值模拟与实验研究

通过数值模拟与实验,研究了三重同心套管内的相变传热过程。相变材料填充在三重同心套管的夹层内,热流体和冷流体分别在套管外层和内层中流动。根据能量守衡,运用了一种简化数值模拟方法(称为温度热阻叠代法)计算分析了三重同心套管内凝固过程。搭建了实验台,实验验证了数值模拟结果,并得出冷流体的入口温度及流量对释热量的影响规律。     

基于FLUENT的管壳式换热器壳程流场数值模拟研究

利用ANSYS参数化建模方法建立了管壳式换热器的参数化模型,在ANSYS FLUENT中对管壳式换热器壳程流体的流动与传热进行了数值模拟计算,得到换热器壳程流体温度场、速度场和压力场;分析了折流板间距及弦高对换热效率和壳程流体压降的影响,对于设计传热效率高、流体阻力小的换热器进行了有益探索。     

大功率半导体发光二极管液冷板散热性能分析

液冷板体积小,散热效果明显,被广泛应用于密集电子器件的散热。为研究液冷板内部的流动与传热过程,实现高效散热,利用计算流体力学(computational fluid dynamics, CFD)方法对液冷板进行热固耦合三维数值模拟,对比分析了水、乙二醇、酒精及甘油4种常见的不同类型冷却液在冷板内的流动规律与换热特性,研究了冷却液入口流速对综合散热性能的影响,并通过理论计算的方法加以验证。结果表明：设计的液冷板具有较好的流动和换热性能,4种冷却介质的综合散热效果均随入口流速增加而得到不同程度改善,最佳入口工况流速为2.5 m/s。以发光二极管芯片结温为散热性能指标,发现水的散热效果最佳,基板表面温度分布较为均匀。     

翅片管式风冷冷凝器耦合传热的数值研究

利用耦合传热理论对平直翅片的换热特性进行了数值研究,在此基础上建立了V型风冷冷凝器的传热模型,并对不同夹角、不同管排的V型冷凝器管外换热特性进行了初步的模拟分析,模拟采用商用软件PHOENICS3.6进行。其结论对于目前空调使用的风冷冷凝器的优化设计具有一定的指导作用。     

理查德森数对多孔介质T型管道近壁面处流动与传热的影响

对多孔介质T型方管内冷热流体混合过程的流动和热传递进行大涡模拟,获得了近壁面处湍流混合的瞬时速度和温度,分析了3种理查德森数（Ri=-0.517,-0.093,0.517）对流动与传热的影响。数值结果表明：无论理查德森数Ri为正或负,在热流体区,多孔介质骨架温度较低,而在冷流体区,多孔介质骨架温度较高,说明热量从高温流体通过多孔介质向低温流体传递;最大温度波动发生在近壁面处的上部;由于多孔介质的湍动增强作用,减弱了浮升力对流动的影响,不同理查德森数对流动和传热的影响不够明显。     

超临界压力下水在螺旋管内的混合对流换热

采用FLUENT 6．0 CFD商业软件，对螺旋管内超临界压力下水在发展段的层流混合对流换热特性进行了数值研究，细致地分析了螺旋管螺距、入口流动Grashof数和Dean数等对流动和换热的影响．研究结果表明，在超临界压力下，水物性参数的剧烈变化在垂直流动方向引起了很强的二次流动，同时由螺旋管引起的向心力也造成了很强的二次流，与相同尺寸直管道相比，螺旋管内二次流的存在大大强化了流动换热，但是也相应地增加了流动阻力，因此螺旋管入口De数越小，则二次流越大，摩擦阻力越小。同时，流动换热随质量流速的增加而增加。     

吸收器降膜和滴状吸收过程数值模拟分析

针对以溴化锂水溶液为工质的水平管吸收器,考虑润湿比、变膜厚和横向对流作用,建立了描述管表面的降膜流动和管间滴状吸收传热传质耦合过程的数学模型,采用涡量流函数法进行数学模型求解。根据数值计算结果,分析了溶液温度、浓度和吸收速率沿管排不同位置和水平管管间的变化,以及溶液喷淋密度和进口浓度对吸收器整体传热传质性能的影响。结果表明,提高喷淋密度可以改善吸收器传热性能,提高溶液进口浓度可改善传质性能,滴状吸收过程约占总吸收量的20%。与实验数据的对比说明建立的数学模型是合理的。     

吸收器降膜和滴状吸收过程数值模拟分析

针对以溴化锂水溶液为工质的水平管吸收器，考虑润湿比、变膜厚和横向对流作用，建立了描述管表面的降膜流动和管间滴状吸收传热传质耦合过程的数学模型，采用涡量一流函数法进行数学模型求解。根据数值计算结果，分析了溶液温度、浓度和吸收速率沿管排不同位置和水平管管问的变化，以及溶液喷淋密度和进口浓度对吸收器整体传热传质性能的影响。结果表明，提高喷淋密度可以改善吸收器传热性能，提高溶液进口浓度可改善传质性能，滴状吸收过程约占总吸收量的20％。与实验数据的对比说明建立的数学模型是合理的。     

波壁管式换热器内壳侧流体流动与换热特性

传统的直壁管式换热器的换热效率不高,为了增强换热器内流体的换热效率。采用数值模拟的方法对<1-2>型波壁管式换热器内流体的流动与换热特性进行了研究,重点探讨了雷诺数Re与波壁管半径比i对换热器内流体的流动特性、阻力特性、换热特性以及综合换热性能的影响。结果发现,与直壁管式换热器相比,波壁管式换热器内流体的流动状态能够得到较大的改善。波壁管式换热器壳程流体的进出口平均压降比直壁管式换热器低,平均压降最大可降低11.01%,并且发现随着Re的增加,平均压降明显增大,随着i的增加,平均压降略有增大。波壁管式换热器壳程内流体的对流换热系数h_s明显大于直壁管式换热器,h_s最大可增加14.17%。h_s随着Re的增大逐渐增加,而i对h_s的影响不明显。同时发现波壁管式换热器的综合换热性能与雷诺数Re成正相关,而与半径比i成负相关。与直壁管式换热器相比,波壁管式换热器的综合换热性能更强。     

Analysis of condenser venting rates based on the air mass entransy increases

Condenser thermal performances, such as the back pressure and venting rate, are strongly affected by the tube arrangement. Condensers have three irreversible pro- cesses for the fluid flow, heat transfer and mass diffusion. The condenser venting rate is studied here based on an air mass entransy analysis. The air mass entransy increment rate for the steam and air mixture on the condenser shell side is expressed as a function of the distributed air mass fraction and the steam condensation rate to define the relationship between the condenser venting rate and the flow parameters. Condensers with three typical tube arrangements were analyzed numerically using the porous medium model. The results show that a bigger venting rate always corresponds to a smaller air mass entransy incre- ment rate. The air mass entransy generally decreases in the air concentration region and increases in the air cooling region under the combined action of the air diffusion and steam condensation. The numerical results indicate that the air cooling region of a condenser should be carefully designed and the cooling tubes should be properly arranged to guide the steam flow so as to weaken air concentration, and consequently to decrease the venting rate.