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反应堆冷却剂系统自然循环流动特性数值研究

张明乾 林润 李振光

张明乾, 林润, 李振光. 反应堆冷却剂系统自然循环流动特性数值研究[J]. 核动力工程. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.050038
引用本文: 张明乾, 林润, 李振光. 反应堆冷却剂系统自然循环流动特性数值研究[J]. 核动力工程. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.050038
Zhang Mingqian, Lin Run, Li Zhenguang. Numerical Simulation Research on Natural Circulation Flow of the Reactor Coolant System[J]. Nuclear Power Engineering. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.050038
Citation: Zhang Mingqian, Lin Run, Li Zhenguang. Numerical Simulation Research on Natural Circulation Flow of the Reactor Coolant System[J]. Nuclear Power Engineering. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.050038

反应堆冷却剂系统自然循环流动特性数值研究

doi: 10.13832/j.jnpe.2024.050038
详细信息
    作者简介:

    张明乾(1984—),男,正高级工程师,现主要从事核电厂设备服役安全及性能分析方面的研究,E-mail: zhmqian2016@163.com

  • 中图分类号: TL333

Numerical Simulation Research on Natural Circulation Flow of the Reactor Coolant System

  • 摘要: 采用计算流体动力学(CFD)程序建立了包含反应堆、蒸汽发生器、主泵和主管道在内的三环路反应堆冷却剂系统的高保真三维数值模型,开展了低功率运行工况下系统级热工水力现象的三维数值分析,获得了不同区域的冷却剂温度,并与核电厂实测数据对比,验证了数值模型的合理性。分析结果表明:该功率水平下的自然循环流量为满功率运行流量的4.5%,堆芯出口温度稳定,可以有效导出堆芯热量;局部热对流现象使不同环路的冷却剂产生更充分搅混;顶盖腔室内存在热分层现象,现有的顶盖温度测点读数不是该区域内的最高温度;主泵出口产生旋转流,并且靠近主管道管壁区域切向速度较大,中心区域形成局部对流。该研究工作可以进一步提升设计者对核电厂复杂系统级三维热工水力现象的认识。

     

  • 图  1  反应堆冷却剂系统流动示意图

    Figure  1.  Schematic of the RCS

    图  2  反应堆冷却剂系统流体域

    Figure  2.  The Fluid Domain of RCS

    图  3  不同网格数量下的回路流量和顶盖旁流份额变化

    Figure  3.  Comparison of Loop Flow and Head bypass Percentage for Different Mesh

    图  4  反应堆冷却剂系统内温度分布云图

    Figure  4.  Temperature Contour of RCS

    图  5  反应堆冷却剂系统温度和速度分布云图

    Figure  5.  Temperature Contour and Velocity Streamline of RCS

    图  6  顶盖腔室速度云图和温度云图

    Figure  6.  Velocity Contour and Temperature Contour in Head Dome

    图  7  反应堆冷却剂系统不同环路冷却剂搅混示意图

    Figure  7.  Coolant Mixing Flow of the RCS Three Loops

    图  8  主泵区域冷却剂流速分布

    Figure  8.  Velocity Streamline and Vector of the Primary Pump

    表  1  不同区域温度的计算值和实测值对比

    Table  1.   Temperature Comparison between CFD Values and Measured Values

    参数名 冷管段
    温度/℃
    热管段
    温度/℃
    反应堆压力容器顶盖腔室
    温度/℃
    堆芯出口
    温度/℃
    实测值 294.8 295.6 294 296
    计算值 294.7 296 294.8 296.1
    相对偏差/% −0.03 0.14 0.27 0.03
    下载: 导出CSV

    表  2  不同区域温度的计算值和实测值对比

    Table  2.   Temperature Comparison between CFD Values and Measured Values

    参数名 冷管段
    温度/℃
    热管段
    温度/℃
    反应堆压力容器顶盖腔室
    温度/℃
    堆芯出口
    温度/℃
    实测值 293 317.5 312 317.5
    计算值 296.2 316.7 305.5 317.4
    相对偏差/% 1.1 −0.25 −2.08 −0.03
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-05-15
  • 修回日期:  2024-07-17
  • 网络出版日期:  2025-04-22

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