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基于铅铋快堆的直流蒸汽发生器稳态与瞬态特性分析

黄哲 梁铁波 杨雯 卢川 李洋 何中海 沈昕

黄哲, 梁铁波, 杨雯, 卢川, 李洋, 何中海, 沈昕. 基于铅铋快堆的直流蒸汽发生器稳态与瞬态特性分析[J]. 核动力工程, 2024, 45(2): 103-109. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.02.0103
引用本文: 黄哲, 梁铁波, 杨雯, 卢川, 李洋, 何中海, 沈昕. 基于铅铋快堆的直流蒸汽发生器稳态与瞬态特性分析[J]. 核动力工程, 2024, 45(2): 103-109. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.02.0103
Huang Zhe, Liang Tiebo, Yang Wen, Lu Chuan, Li Yang, He Zhonghai, Shen Xin. Analysis of Steady and Transient Characteristics of Once-through Steam Generator for Lead Bismuth Fast Reactor[J]. Nuclear Power Engineering, 2024, 45(2): 103-109. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.02.0103
Citation: Huang Zhe, Liang Tiebo, Yang Wen, Lu Chuan, Li Yang, He Zhonghai, Shen Xin. Analysis of Steady and Transient Characteristics of Once-through Steam Generator for Lead Bismuth Fast Reactor[J]. Nuclear Power Engineering, 2024, 45(2): 103-109. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.02.0103

基于铅铋快堆的直流蒸汽发生器稳态与瞬态特性分析

doi: 10.13832/j.jnpe.2024.02.0103
详细信息
    作者简介:

    黄 哲(1996—),男,博士研究生,主要从事新型核动力系统及部件的气动热力设计研究,E-mail: huangzhe1996@sjtu.edu.cn

  • 中图分类号: TL334

Analysis of Steady and Transient Characteristics of Once-through Steam Generator for Lead Bismuth Fast Reactor

  • 摘要: 铅铋快堆的安全稳定运行与换热器一二次侧间的散热性能密切相关。本研究通过建立基于铅铋快堆的直流蒸汽发生器(OTSG)稳态与瞬态耦合分布参数模型,分析对比了不同负荷条件下OTSG内部热工水力特性的分布差异,并进一步揭示了铅铋快堆一次侧焓值及流量扰动对换热器动态散热性能的影响。结果表明:稳态传热时铅铋快堆一次侧温降主要集中在过冷沸腾及核态沸腾区,二次侧负荷减小将导致管壁面温度飞升前移;动态调节显示在设计工况下一次侧入口焓值仅下降5%,就可能导致铅铋快堆循环在90 s后进入事故工况。研究结果为铅铋快堆的OTSG动态流动换热特性研究及结构设计优化提供了有价值的建议。

     

  • 图  1  铅铋快堆OTSG几何结构示意图

    Figure  1.  Geometric Structure of OTSG for Lead Bismuth Fast Reactor

    图  2  耦合模型的稳态与瞬态求解程序

    Figure  2.  Steady and Transient Solution Procedures for the Model     

    图  3  计算节点无关性验证

    Figure  3.  Computing Node Independence Verification

    图  4  满负荷下OTSG各部分温度沿管长的分布

    Figure  4.  Temperature Distribution of Each OTSG Part along the Tube Length under Full Load

    图  5  不同负荷下OTSG各部分温度沿管长的分布

    Figure  5.  Temperature Distribution of Each OTSG Part along the Tube Length under Different Loads

    图  6  各传热区域长度占比随负荷变化

    Figure  6.  Variation of Length Ratio of Each Heat Transfer Zone with Load

    图  7  不同负荷下流体的平均温度变化

    Figure  7.  Variation of Average Temperature of Fluid under Different Loads

    图  8  一次侧焓值下降OTSG的温度随时间变化关系

    Figure  8.  Temperature Variation of OTSG with Time When Enthalpy of Primary Side Decreases

    图  9  一次侧流量下降OTSG的换热分区占比动态变化

    Figure  9.  Dynamic Change of Heat Transfer Zone of OTSG with Primary Side Flowrate Decrease

    表  1  铅铋合金热工物性计算

    Table  1.   Calculation of Thermal Properties of LBE

    铅铋物性 经验关系式
    ρ/(kg·m−3) $ {\rho_{_{{\text{LBE}}}}} = 11096 - 1.3236T $
    cp/[J·(kg·K)−1] $ {c_{p\;,_{\text{LBE}}}} = 159 - 2.72 \times {10^{ - 2}}T + 7.12 \times {10^{ - 6}}{T^2} $
    η/(Pa·s) $ {\eta _{{\text{LBE}}}} = 4.94 \times {10^{ - 4}}{\text{exp}}\left(\dfrac{{754.1}}{T}\right) $
    λ/[W·(m·K)−1] $ {\lambda _{{\text{LBE}}}} = 3.61 + 1.517 \times {10^{ - 2}}T - 1.741 \times {10^{ - 6}}{T^2} $
      $ T $—温度;$ \rho $—密度;$ {c_{p\;}} $—比热容;$ \eta $—动力粘度
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    表  2  求解程序中各传热区域分段的判别条件

    Table  2.   Discriminant Conditions for Segmentation of Each Heat Transfer Region in the Numerical Code

    传热分区 判别条件
    预热段-过冷沸腾段 外壁面过热度[8]
    过冷沸腾段-核态沸腾段 对应压力下的饱和温度
    核态沸腾段-缺液段 临界含汽率[19]
    缺液段-过热蒸汽段 饱和蒸汽焓值
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    表  3  设计点的计算边界条件

    Table  3.   Boundary Conditions for Design Points

    参数名 参数值
    堆芯功率/MW 1284
    一次侧运行压力/MPa 15.17
    二次侧运行压力/MPa 6.38
    一次侧质量流量/(kg·s−1) 8273
    二次侧质量流量/(kg·s−1) 680.4
    一次侧入口温度/℃ 237.8
    二次侧入口温度/℃ 317.7
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-05-15
  • 修回日期:  2023-11-09
  • 刊出日期:  2024-04-12

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