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螺旋套管式直流蒸汽发生器流-热-力耦合研究

焦猛 赵新文 傅晟威 姜佳行 欧阳可汉

焦猛, 赵新文, 傅晟威, 姜佳行, 欧阳可汉. 螺旋套管式直流蒸汽发生器流-热-力耦合研究[J]. 核动力工程, 2025, 46(3): 213-219. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.040027
引用本文: 焦猛, 赵新文, 傅晟威, 姜佳行, 欧阳可汉. 螺旋套管式直流蒸汽发生器流-热-力耦合研究[J]. 核动力工程, 2025, 46(3): 213-219. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.040027
Jiao Meng, Zhao Xinwen, Fu Shengwei, Jiang Jiahang, Ouyang Kehan. Study on Fluid-Thermal-Structural Coupling of Helical Tube Once-Through Steam Generator[J]. Nuclear Power Engineering, 2025, 46(3): 213-219. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.040027
Citation: Jiao Meng, Zhao Xinwen, Fu Shengwei, Jiang Jiahang, Ouyang Kehan. Study on Fluid-Thermal-Structural Coupling of Helical Tube Once-Through Steam Generator[J]. Nuclear Power Engineering, 2025, 46(3): 213-219. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.040027

螺旋套管式直流蒸汽发生器流-热-力耦合研究

doi: 10.13832/j.jnpe.2024.040027
详细信息
    作者简介:

    焦 猛(1996—),男,博士研究生,现从事舰船核动力研究,E-mail: 1412276840@qq.com

    通讯作者:

    傅晟威,E-mail: 44986199@qq.com

  • 中图分类号: TL387

Study on Fluid-Thermal-Structural Coupling of Helical Tube Once-Through Steam Generator

  • 摘要: 螺旋套管式直流蒸汽发生器(OTSG)的双面换热结构能有效增强换热,在一体化反应堆中得到应用,螺旋套管式OTSG管道内蒸干现象导致温度跃升,可能导致管道损伤。本文建立了单通道下螺旋套管式OTSG的流-热-力耦合计算模型,分析了管道二次侧壁面出现的含气率和温度分布,并进一步分析了螺旋套管式OTSG的应力场。结果表明,OTSG的二次侧管道壁面上含气率和温度呈螺旋条带分布,沿z方向螺旋套管外壁蒸干的条带分布导致温度不断跳跃,导致管壁的等效应力同样波动,等效应力的波动幅度随着温度跳跃的幅度增大而增大,管道在蒸干条带区存在应力集中,应力的波动幅度最大在11 MPa左右。周向上蒸干条带区的应力分布同样存在周向不均匀,螺旋管应力波动幅度达到10 MPa以上,直管应力波动幅度为7 MPa。

     

  • 图  1  一体化反应堆OTSG结构示意图

    Figure  1.  Schematic Diagram of Integrated Reactor OTSG Structure

    图  2  含气率分布

    Figure  2.  Void Fraction Distribution

    图  3  温度分布

    Figure  3.  Temperature Distribution

    图  4  管长方向600~640 mm处x=0 mm截面温度分布

    Figure  4.  Temperature Distribution of x=0 mm Section at 600~640 mm

    图  5  轴向温度和等效应力分布

    Figure  5.  Axial Temperature and Eqvalient Stress Distribution

    图  6  周向温度场分布

    Figure  6.  Circumferential Temperature Field Distribution

    图  7  周向应力分布

    Figure  7.  Circumferential Stress Distribution

    表  1  流-热-力耦合边界条件

    Table  1.   Fluid-Thermal-Structural Coupling Boundary Conditions

    边界名称 约束/载荷
    直管内壁面 0.2P
    直管外壁面 P
    螺旋管内壁面 P
    螺旋管外壁面 0.2P
    螺旋管上端面 固定约束
    螺旋管下端面 自由
    直管上端面 固定约束
    直管下端面 xy方向约束
      P—压力。
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    表  2  边界条件

    Table  2.   Boundary Conditions

    流体区域/材料特性 位置 参数名 参数值
    螺旋管内一次侧 入口 流速V/( m·s−1)
    温度T/K
    出口 压力P/MPa
    直管外一次侧 入口 流速V/( m·s−1)
    温度T/K
    出口 压力P/MPa
    外壁面 热流密度/( W·m−2) −81158.0
    环隙内二次侧 入口 流速 0.0473V
    温度 0.602T
    出口 压力 0.2P
    回流温度 0.897T
    TA16合金 密度/( kg·m−3) 4650
    比热容/( J·kg−1·K−1) 580
    热导率/( W·m−1·K−1) 9.36
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-04-21
  • 修回日期:  2024-08-22
  • 网络出版日期:  2025-06-09
  • 刊出日期:  2025-06-09

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