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铅铋快堆螺旋管直流蒸汽发生器热工水力特性数值研究

丁雪友 陈志强 文青龙 阮神辉 乔鹏瑞

丁雪友, 陈志强, 文青龙, 阮神辉, 乔鹏瑞. 铅铋快堆螺旋管直流蒸汽发生器热工水力特性数值研究[J]. 核动力工程, 2021, 42(4): 21-26. doi: 10.13832/j.jnpe.2021.04.0021
引用本文: 丁雪友, 陈志强, 文青龙, 阮神辉, 乔鹏瑞. 铅铋快堆螺旋管直流蒸汽发生器热工水力特性数值研究[J]. 核动力工程, 2021, 42(4): 21-26. doi: 10.13832/j.jnpe.2021.04.0021
Ding Xueyou, Chen Zhiqiang, Wen Qinglong, Ruan Shenhui, Qiao Pengrui. Numerical Investigation on Thermal Hydraulics of Helical Coil Tube Once Through Steam Generator for LBE Fast Reactor[J]. Nuclear Power Engineering, 2021, 42(4): 21-26. doi: 10.13832/j.jnpe.2021.04.0021
Citation: Ding Xueyou, Chen Zhiqiang, Wen Qinglong, Ruan Shenhui, Qiao Pengrui. Numerical Investigation on Thermal Hydraulics of Helical Coil Tube Once Through Steam Generator for LBE Fast Reactor[J]. Nuclear Power Engineering, 2021, 42(4): 21-26. doi: 10.13832/j.jnpe.2021.04.0021

铅铋快堆螺旋管直流蒸汽发生器热工水力特性数值研究

doi: 10.13832/j.jnpe.2021.04.0021
基金项目: 国家科技重大专项大型先进压水堆及高温气冷堆核电站资助(2019ZX06005001)
详细信息
    作者简介:

    丁雪友(1994—),硕士研究生,现主要从事反应堆热工水力研究,E-mail: Xueyouding@outlook.com

    通讯作者:

    文青龙,E-mail: qlwen@cqu.edu.cn

  • 中图分类号: TL353+.13

Numerical Investigation on Thermal Hydraulics of Helical Coil Tube Once Through Steam Generator for LBE Fast Reactor

  • 摘要: 本研究以铅铋快堆螺旋管直流蒸汽发生器(HOTSG)设计结构为研究对象,采用精细网格与多孔介质相结合的物理建模方法,通过一次侧三维湍流计算与二次侧用户自定义函数(UDF)分区传热计算相耦合的手段,在FLUENT求解器中开展了蒸汽发生器的热工水力特性数值分析研究。研究表明:铅铋入口附近的流量分配孔和腔室对应的直管段区域出现铅铋流速峰值,径向最大速度为0.431 m/s;入口腔室至管束区位置受到阻力突变的影响,压力、横流速度、轴向速度变化较大;热工参数变化符合流动与传热机理,临界热流密度(CHF)点附近一二次侧温差最大为109.61 K,此处最大热流密度为323.55 kW/m2。该研究将为铅铋快堆HOTSG结构设计、流致振动及安全评价提供重要的参考。

     

  • 图  1  铅铋快堆HOTSG几何结构

    Figure  1.  Geometry Structure of LBE Cooled Fast Reactor HOTSG    

    图  2  入口腔室径向流速分布

    Figure  2.  Radial Velocity Distribution in Inlet Plenum

    图  3  管束区主流横流速度和横流能量分布

    Figure  3.  Bulk Flow Cross Velocity and Energy Distribution in Bundle Area

    图  4  管束区轴向速度和压力分布

    Figure  4.  Axial Velocity and Pressure Distribution in Bundle Area    

    图  5  HOTSG一二次侧和壁面温度分布

    Figure  5.  Primary Side, Secondary Side and Wall Temperature Distribution of HOTSG

    表  1  网格数量和质量表

    Table  1.   Number and Quality of HOTSG Meshes

    部件网格数量/万网格质量
    铅铋入口腔室298.310.79
    流量分配罩205.240.871
    氩气腔室286.680.83
    管束区50.840.795
    二次侧下降段49.190.945
    蒸汽腔室17.990.904
    直管段450.80.917
    总计1359.050.385
      除0.385为最小正交质量外,其余质量均为平均质量。
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    表  2  HOTSG额定工况参数

    Table  2.   Full Power State Parameters of HOTSG

    参数数值
    一次侧压力/MPa0.1
    一次侧入口温度/℃480
    一次侧入口流量/(kg·s −1)26.55
    二次侧压力/MPa14
    二次侧入口温度/℃270
    二次侧入口流量/(kg·s −1)0.289
    管束区高度/m0.7
    管束区内/外壳径/m0.081/0.162
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    表  3  控制方程离散方法

    Table  3.   Discretization Methods of Governing Equations

    离散项离散格式
    重力基于最小二乘单元
    压力体强制加权
    动量二阶迎风格式
    能量二阶迎风格式
    湍动能二阶迎风格式
    比耗散率二阶迎风格式
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  • [1] CIONCOLINI A, SANTINI L. Two-phase pressure drop prediction in helically coiled steam generators for nuclear power applications[J]. International Journal of Heat & Mass Transfer, 2016(100): 825-834.
    [2] WANG M, ZHENG M, CHAO M, et al. Experimental and CFD estimation of single-phase heat transfer in helically coiled tubes[J]. Progress in Nuclear Energy, 2019(112): 185-190. doi: 10.1016/j.pnucene.2018.12.015
    [3] DEHBI A, BADREDDINE H. CFD prediction of mixing in a steam generator mock-up: Comparison between full geometry and porous medium approaches[J]. Annals of Nuclear Energy, 2013(58): 178-187. doi: 10.1016/j.anucene.2013.03.019
    [4] 王弘扬,阮神辉,文青龙,等. 基于多孔介质模型的快堆蒸汽发生器热工水力特性数值研究[J]. 核动力工程,2019, 40(05): 51-55.
    [5] 丁雪友, 文青龙, 阮神辉, 等. 铅铋快堆螺旋管直流蒸汽发生器热工水力模型研究[C]. 第十六届全国反应堆热工流体学术会议暨中核核反应堆热工水力技术重点实验室2019年学术年会论文集, 2019: 196-206.
    [6] FLUENT A. Theory guide[Z]. Ansys Inc, 2015.
    [7] PATIL L T, PATWARDHAN A W, PADMAKUMAR G, et al. Distribution of liquid sodium in the inlet plenum of steam generator in a Fast Breeder Reactor[J]. Nuclear Engineering and Design, 2010, 240(4): 850-859. doi: 10.1016/j.nucengdes.2009.12.004
    [8] ERGUN S. Fluid flow through packed columns[J]. Chem. Eng. Prog., 1952(48): 89-94.
    [9] KIRILLOV P L, USHAKOV P A. Heat transfer to liquid metals: specific features, methods of investigation, and main relationships[J]. Thermal Engineering, 2001, 48(1): 50-59.
    [10] 吴鸽平,吴埃敏, 田文喜,等. 双面加热环形窄缝通道内流动沸腾干涸点实验研究[J]. 核动力工程,2003, 24(6): 526-530. doi: 10.3969/j.issn.0258-0926.2003.06.008
    [11] SOBOLEV V. Thermophysical properties of lead and lead–bismuth eutectic[J]. Journal of nuclear materials, 2007, 362(2-3): 235-247. doi: 10.1016/j.jnucmat.2007.01.144
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-05-26
  • 修回日期:  2021-02-26
  • 刊出日期:  2021-08-15

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