新型直流蒸发器热工水力分析.pdf

新型直流蒸发器的热工水力分析 新型直流蒸发器的热工水力分析 樊普秋穗正苟军利贾斗南． (西安交通大学核能科学与工程系，西安710049) 摘要 蒸汽发生器是连接一回路和二回路的关键设备。直流蒸发器由于产生过热蒸汽简化设备而在新 型核动力系统中得到应用。为研究直流蒸发器在稳态和瞬态过程中的热工水力特性，建立了描述直 流蒸发器物理现象的数学模型。应用本模型，研制了可以计算稳态和瞬态工况下，一回路和二回路 流体温度场、焓场的热工水力特性的程序。计算结果对直流蒸发器结构设计、安全运行具有指导意 义。 关键字： 直流蒸发器： 热工水力： 瞬态； 两相流 1．前言 预计新型紧凑式压水堆在未来商用中具有很 大的潜力．它的典型特点在于将堆芯、主泵、管道、 蒸汽发生器等一回路主要设备集中于压力容器内 【I．2】．与常规核动力装置相比，可以避免大破口事 故的发生，相应地，固有安全性得到提高． 为了产生驱动汽轮机的蒸汽，在蒸汽发生器中 热量从_回路冷却剂传到二回路的给水。蒸汽发生 图1 核动力系统布置简图 器有两种类型：U型管蒸汽发生器和直流蒸发器 (0TSG)。U型管蒸汽发生器具有较大的水装量但是 核动力装置经常以不同的负荷运行，在变负 在它的出口产生的是饱和蒸汽，为此，必须安装汽 荷过程中经历复杂的热工水力特性。反应堆的安 液分离器。所以从结构的观点来看，直流蒸发器可 全运行取决于直流蒸发器的换热能力。为了研究 以获得较小的尺寸。 直流蒸发器在各种稳态负荷以及变负荷瞬态工 本文研究的直流蒸发器(oTSG)是逆向流动双 况时的热工水力特性，建立了用于描述直流蒸发 面加热的换热器，它竖直布置在反应堆压力容器中 器物理过程的数学模型，两相流的压降计算采用 如图1所示。蒸汽发生器采用管套管式直流蒸发 一维均匀流模型。 器，一次侧冷却剂由上至下流过蒸汽发生器二次侧 环形通道的内、外侧。二次侧给水由下至上流过蒸 2．数学模型 汽发生器接受来自其流道两侧冷却剂的加热，由过 图2是直流蒸发器中一次侧流体和二次侧流 冷水加热为过热蒸汽，经历了复杂的换热工况，包 体流程图．一次侧流体在内管和壳侧自上而下流 括单相液体对流换热、核态沸腾换热、干涸后换热 体。二次侧流体在内管和外管组成的环形空间自下 以及单相蒸汽对流换热。 而上流体，受到一次侧流体的双面加热。图3是直 流蒸发器换热管束布置图。在进行稳态和瞬态数值 计算时，对图3中的菱形子通道建立数学模型，包 括一次侧管内侧流体、一次侧管外侧流体、二次侧 流体模型、内管壁和外管壁数学模型． 369 新型直流蒸发器的热工水力分析 动量守僵方程： !詈+昙(等)=一彳鲁一刚一￡卅(3)百+云‘i’一月瓦一俐一∽刎一 其中， ．1 jj．r，讲=舄 ㈣