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不同管束布置方式下含有空气的蒸汽自然对流冷凝换热特性分析

刘乐 陈文振 王珏 王琮 胡晨

刘乐, 陈文振, 王珏, 王琮, 胡晨. 不同管束布置方式下含有空气的蒸汽自然对流冷凝换热特性分析[J]. 核动力工程, 2022, 43(3): 94-100. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.03.0094
引用本文: 刘乐, 陈文振, 王珏, 王琮, 胡晨. 不同管束布置方式下含有空气的蒸汽自然对流冷凝换热特性分析[J]. 核动力工程, 2022, 43(3): 94-100. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.03.0094
Liu Le, Chen Wenzhen, Wang Jue, Wang Cong, Hu Chen. Analysis of Heat Transfer Characteristics of Natural Convection Condensation of Steam Containing Air under Different Tube Bundle Arrangements[J]. Nuclear Power Engineering, 2022, 43(3): 94-100. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.03.0094
Citation: Liu Le, Chen Wenzhen, Wang Jue, Wang Cong, Hu Chen. Analysis of Heat Transfer Characteristics of Natural Convection Condensation of Steam Containing Air under Different Tube Bundle Arrangements[J]. Nuclear Power Engineering, 2022, 43(3): 94-100. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.03.0094

不同管束布置方式下含有空气的蒸汽自然对流冷凝换热特性分析

doi: 10.13832/j.jnpe.2022.03.0094
基金项目: 国家重点研发计划资助项目(2017YFC0307800/06)
详细信息
    作者简介:

    刘 乐(1987—),男,博士研究生,现从事核动力装置总体设计和安全评价方面的研究,E-mail:liule06031623@126.com

    通讯作者:

    陈文振,E-mail: cwz2@21cn.com

  • 中图分类号: TL332

Analysis of Heat Transfer Characteristics of Natural Convection Condensation of Steam Containing Air under Different Tube Bundle Arrangements

  • 摘要: 为研究非能动安全壳冷却系统(PCCS)热交换器管束布置对自然对流条件下含有空气的蒸汽冷凝换热特性的影响,采用气体组分输运方程和冷凝模型耦合,对单管、单排到五排管束通道内冷凝换热过程进行数值研究。研究发现,管束区内存在由于管间高浓度空气层干扰使冷凝换热能力减弱的“抑制效应”,以及由于水蒸气壁面冷凝导致气体横向流动使壁面冷凝能力强化的“抽吸效应”。对不同管束结构下2种效应对冷凝换热的影响进行分析,结果表明,随着管束排数的增加,2种效应对冷凝换热的影响逐渐增强,导致冷凝管周向局部冷凝换热能力不均匀性增加,其中五排管束周向局部冷凝换热系数(HTC)最大值为单管的2.3倍,最小值仅为单管的44.7%。在双排、三排和四排管束中,正四边形布置管束的冷凝换热能力优于正三角形布置,而五排管束中,正三角形布置的冷凝换热能力更强。本研究可对PCCS热交换器管束布置优化提供参考。

     

  • 图  1  计算结果与试验结果对比

    Figure  1.  Comparison of Calculated Results and Test Results

    图  2  管束布置示意图

    Figure  2.  Schematic Diagram of Tube Bundle Layout

    图  3  单排管束高浓度边界层厚度及HTC随周向角的变化        

    Figure  3.  Variation of High-concentration Boundary Layer Thickness and HTC with Circumferential Angle of Single-row Tube Bundle

    图  4  单排、单管布置横向流线图和空气边界层分布

    Figure  4.  Transverse Streamline Diagram and Air Boundary Layer Distribution of Single Row and Single Tube Layout

    图  5  双排、三排布置局部HTC随周向角的分布

    Figure  5.  Distribution of Local HTC with Circumferential Angle in Double-row and Three-row Arrangement

    图  6  多排布置横向流线图和空气边界层分布

    Figure  6.  Transverse Streamline Diagram and Air Boundary Layer Distribution of Multi-row Layout

    图  7  四排、五排布置局部HTC随周向角的分布

    Figure  7.  Distribution of Local HTC with Circumferential Angle in Four-row and Five-row Arrangement

    表  1  COPAIN试验工况

    Table  1.   COPAIN Test Condition

    工况入口速度/
    (m·s−1)
    压力/
    MPa
    入口温
    度/K
    壁面温
    度/K
    空气质
    量分数
    P04440.500.102351.53299.700.773
    P02640.520.119344.87313.280.867
    P04431.000.102352.33300.060.772
    P02422.000.446422.50304.280.990
    下载: 导出CSV

    表  2  不同布置方式下管束的平均HTC

    Table  2.   Average HTC of Tube Bundles under Different Arrangements

    序号管束布置形式平均HTC/(W·m−2·K−1)
    1单管338.900
    2单排336.225
    3双排正四边形布置335.425
    4双排正三边形布置332.275
    5三排正四边形布置348.725
    6三排正三边形布置344.800
    7四排正四边形布置363.850
    8四排正三边形布置360.975
    9五排正四边形布置374.975
    10五排正三边形布置387.325
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-04-15
  • 录用日期:  2021-07-07
  • 修回日期:  2021-07-08
  • 刊出日期:  2022-06-07

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