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自然循环条件下倒U型管蒸汽发生器一次侧倒流现象关键影响因素研究

王天石 王宇轩 赵鹏程 王曦婕 凌煜凡 王雨晴 朱恩平

王天石, 王宇轩, 赵鹏程, 王曦婕, 凌煜凡, 王雨晴, 朱恩平. 自然循环条件下倒U型管蒸汽发生器一次侧倒流现象关键影响因素研究[J]. 核动力工程, 2022, 43(2): 40-46. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.02.0040
引用本文: 王天石, 王宇轩, 赵鹏程, 王曦婕, 凌煜凡, 王雨晴, 朱恩平. 自然循环条件下倒U型管蒸汽发生器一次侧倒流现象关键影响因素研究[J]. 核动力工程, 2022, 43(2): 40-46. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.02.0040
Wang Tianshi, Wang Yuxuan, Zhao Pengcheng, Wang Xijie, Ling Yufan, Wang Yuqing, Zhu Enping. Research on the Key Influencing Factors of the Backflow Phenomenon on the Primary Side of the Inverted U-tube Steam Generator under Natural Circulation[J]. Nuclear Power Engineering, 2022, 43(2): 40-46. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.02.0040
Citation: Wang Tianshi, Wang Yuxuan, Zhao Pengcheng, Wang Xijie, Ling Yufan, Wang Yuqing, Zhu Enping. Research on the Key Influencing Factors of the Backflow Phenomenon on the Primary Side of the Inverted U-tube Steam Generator under Natural Circulation[J]. Nuclear Power Engineering, 2022, 43(2): 40-46. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.02.0040

自然循环条件下倒U型管蒸汽发生器一次侧倒流现象关键影响因素研究

doi: 10.13832/j.jnpe.2022.02.0040
基金项目: 国家自然科学基金( 11905101);装备预研重点实验室基金(6142A07180110)
详细信息
    作者简介:

    王天石(2000—),男,硕士研究生,现从事核反应堆热工水力研究,E-mail: wangts0207@163.com

    通讯作者:

    赵鹏程,E-mail: zhaopengcheng1030@163.com

  • 中图分类号: TL334

Research on the Key Influencing Factors of the Backflow Phenomenon on the Primary Side of the Inverted U-tube Steam Generator under Natural Circulation

  • 摘要: 倒U型管蒸汽发生器(UTSG)在自然循环条件下存在倒流现象,影响一回路冷却剂系统载热能力及自然循环能力。本文参照芬兰压水堆热工实验装置(PWR PACTEL)中UTSG设计参数,利用计算流体力学(CFD)软件Fluent模拟流量匀速下降工况下UTSG中的倒流现象,研究一次侧运行参数、UTSG设计参数以及二次侧运行参数对于倒流现象的影响。结果表明,提高UTSG一次侧温度、一次侧运行压力、倒U型管热导率将增大UTSG的临界质量流量,使得UTSG更易发生倒流;提高UTSG二次侧给水量、二次侧温度以及倒U型管内壁粗糙度将使得UTSG临界质量流量下降,抑制倒流现象发生;而倒U型管壁厚对倒流现象几乎无影响;相较于改变二回路温度,改变一回路温度对于倒流现象的影响更为显著。本研究结果可为UTSG的参数优化提供一定参考。

     

  • 图  1  PWR PACTEL所配备的 UTSG及其管束分布示意图     

    Figure  1.  Schematic Diagram of UTSG and Its Bundle Distribution Equipped by PWR PACTEL

    图  2  三维UTSG模型及倒U型管编号示意图

    Figure  2.  Schematic Diagram of 3D UTSG Model and Inverted U-tube Numbering

    图  3  一次侧入口总质量流量随时间变化示意图

    Figure  3.  Schematic Diagram of Total Mass Flow at Primary Side Inlet Changing with Time

    图  4  1号管质量流量及出口平均温度随网格数量变化图

    Figure  4.  Variation in the Mass Flow Rate and Outlet Temperature of Tube No. 1 as a Function of the Number of Grids

    图  5  UTSG一次侧入口温度对临界质量流量影响

    Figure  5.  Effect of Primary Side Inlet Temperature of UTSG on Critical Mass Flow

    图  6  一次侧运行压力对临界质量流量的影响

    Figure  6.  Effect of Primary Side Operating Pressure on Critical Mass Flow   

    图  7  倒U型管壁厚对临界质量流量的影响

    Figure  7.  Effect of Inverted U-Tube Wall Thickness on Critical Mass Flow

    图  8  倒U型管内壁粗糙度对临界质量流量的影响

    Figure  8.  Effect of Inverted U-Tube Inner Wall Roughness on Critical Mass Flow

    图  9  倒U型管壁面热导率对临界质量流量的影响

    Figure  9.  Effect of Thermal Conductivity of Inverted U-Tube Wall on Critical Mass Flow

    图  10  UTSG二次侧给水温度对临界质量流量的影响

    Figure  10.  Effect of UTSG Secondary Side Feed Water Temperature on Critical Mass Flow

    图  11  UTSG二次侧给水量对临界质量流量的影响

    Figure  11.  Effect of UTSG Secondary Side Water Supply on Critical Mass Flow

    表  1  倒U型管设计参数

    Table  1.   Design Parameters of Inverted U-tube

    管编号对应图1b中的编号类型管高/mm管长/mm
    1、2、
    3、4
    15、16、17、18短管32266518
    5、6、734、35、36中管33916893
    8、948、49长管36767511
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    表  2  一次侧冷却剂物性参数

    Table  2.   Physical Parameters of Primary Side Coolant

    参数函数关系式
    密度(ρ)/(kg·m−3)$\rho = - 2.562 \times {10^{ - 5}}{x^3} + 0.03507{x^2} - 17.19x + 3866$
    定压比热容(cp)/[J·(kg·K)−1]${c_p} = 9.226 \times {10^{ - 4}}{x^3} - 1.34{x^2} + 655x - 1.032 \times {10^5}$
    导热系数(μ)/[W·(m·K)−1]$\mu = - 8.132 \times {10^{ - 9}}{x^3} + 7.734 \times {10^{ - 6}}{x^2} - 2.533 \times {10^{ - 3}}x + 0.9933$
    动力粘度($\nu $)/[kg·(m·s)−1]$\nu = - 1.226 \times {10^{ - 11}}{x^3} + 2.062 \times {10^{ - 8}}{x^2} - 1.198 \times {10^{ - 5}}x + 2.487 \times {10^{ - 3}}$
      x—温度,K
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    表  3  二次侧冷却剂物性参数

    Table  3.   Physical Parameters of Secondary Side Coolant

    参数函数关系式
    ρ/(kg·m−3)$\rho = - 4.829 \times {10^{ - 7}}{x^3} - 1.871 \times {10^3}{x^2} + 0.9018x + 908.3$
    cp/[J·(kg·K)−1]${c_p} = 7.682 \times {10^{ - 5}}{x^3} - 0.075{x^2} + 24.81x + 1416$
    μ/[W·(m·K)−1]$\mu = 7.973 \times {10^{ - 9}}{x^3} - 1.552 \times {10^{ - 5}}{x^2} + 8.654 \times {10^{ - 3}}x - 0.804$
    $\nu $/[kg·(m·s)−1]$\nu = - 1.938 \times {10^{ - 10}}{x^3} + 2.619 \times {10^{ - 7}}{x^2} - 1.182 \times {10^{ - 4}}x + 0.018$
    下载: 导出CSV
  • [1] 王飞,卓文彬,肖泽军,等. 立式倒U型管蒸汽发生器倒流现象及初步分析[J]. 原子能科学技术,2007, 41(1): 65-68.
    [2] KUKITA Y, NAKAMURA H, TASAKA K, et al. Nonuniform steam generator U-tube flow distribution during natural circulation tests in ROSA-IV large scale test facility[J]. Nuclear Science and Engineering, 1988, 99(4): 289-298. doi: 10.13182/NSE99-289
    [3] DE SANTI G F, MAYINGER F. Steam condensation and liquid holdup in steam generator U-tubes during oscillatory natural circulation[J]. Experimental Heat Transfer, 1993, 6(4): 367-387. doi: 10.1080/08916159308946465
    [4] SANDERS J. Stability of single-phase natural circulation with inverted U-tube steam generators[J]. Journal of Heat Transfer, 1988, 110(3): 735-742. doi: 10.1115/1.3250553
    [5] 王一浒,卢川,丛腾龙,等. 自然循环U型管蒸汽发生器管内倒流受管长影响的理论研究[J]. 核动力工程,2021, 42(1): 23-27.
    [6] 郝建立,陈文振,王少明. 自然循环蒸汽发生器倒U型管内倒流特性的无量纲分析[J]. 原子能科学技术,2012, 46(S1): 246-249.
    [7] 徐志刚. 倒U型蒸汽发生器在自然循环条件下一次侧流动传热数值模拟研究[D]. 厦门: 厦门大学, 2018.
    [8] 隋增光,杨军,杨晔,等. 基于CFD的蒸汽发生器U型管内回流现象数值分析[J]. 核动力工程,2019, 40(2): 10-15.
    [9] 赵鹏程,衣峰,余红星,等. 自然循环条件下蒸汽发生器倒U型管流量分配特性研究[J]. 核动力工程,2021, 42(1): 192-197.
    [10] KAUPPINEN O P, RIIKONEN V, KOUHIA V, et al. Analysis of reverse flow in low-rise inverted U-tube steam generator of PWR PACTEL facility[C]//Proceedings of International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal Hydraulics 2015. Chicago: ANS, 2015: 5044-5057
    [11] KOUHIA V, PURHONEN H, RIIKONEN V, et al. PACTEL and PWR PACTEL test facilities for versatile LWR applications[J]. Science and Technology of Nuclear Installations, 2012, 2012: 548513.
    [12] BERTRAN J. Trace code validation for natural circulation during small break LOCA in EPR-type reactor[D]. Stockholm, Sweden: Royal Institute of Technology, 2011.
    [13] HAO J L, CHEN W Z, WANG S M. Flow instability analysis of U-tubes in SG based on CFD method[J]. Progress in Nuclear Energy, 2014, 70: 134-139. doi: 10.1016/j.pnucene.2013.08.010
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-02-25
  • 修回日期:  2021-03-23
  • 刊出日期:  2022-04-02

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