【摘要】：核電站發(fā)生全廠斷電、主給水喪失等事故時,非能動余熱排出系統(tǒng)中的余熱排出熱交換器(PRHR HX)開始投入使用,及時將堆芯處的余熱排出,擔(dān)負(fù)著防止反應(yīng)堆發(fā)生更加嚴(yán)重事故的重任。非能動余熱排出熱交換器是依靠溫度差和位差等非能動手段作為驅(qū)動力,使換熱器內(nèi)的流體產(chǎn)生自然循環(huán)流動進(jìn)行堆芯余熱的排出。該系統(tǒng)使核電站對泵、閥門等能動設(shè)備的依賴大大減少,同時也使人為因素對核電站安全的影響大大降低。在核電站中,非能動系統(tǒng)的引入可以有效的增加其在發(fā)生事故時反應(yīng)堆堆芯的安全性。該課題應(yīng)用ANSYS流體力學(xué)分析軟件,對非能動余熱排出換熱器的傳熱特性進(jìn)行數(shù)值模擬計算,主要涉及的內(nèi)容如下:1)分析非能動余熱排出換熱器的物理模型,對其進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮喕?并應(yīng)用DesignModeler 軟件建立 PRHR HX 模型。2)分別研究討論非能動余熱排出換熱器的殼側(cè)和管側(cè)的溫度場,對PRHR HX殼側(cè)不同位置處的流場換熱情況進(jìn)行重點分析,同時對傳熱管束內(nèi)部的溫度場進(jìn)行研究。分析不同入口溫度條件下,出口平均溫度與入口溫度之間的差值,評價PRHRHX的換熱性能。3)分析換熱器殼側(cè)的整體及局部速度場,以及PRHR HX的結(jié)構(gòu)對自然循環(huán)的影響,并為先進(jìn)反應(yīng)堆非能動余熱排出系統(tǒng)的設(shè)計提出相關(guān)的優(yōu)化意見。4)定義描述換熱器性能的無量綱參數(shù)相對溫降β,對典型工況下?lián)Q熱器換熱性能進(jìn)行敏感性分析。涉及到的因素主要有管束入口溫度、安全殼內(nèi)置換料水箱(IRWST)內(nèi)冷卻劑初始溫度以及傳熱管束流量等。分析表明,本課題所研究的非能動余熱排出換熱器管束入口段內(nèi)外溫差較大,換熱強(qiáng)烈,殼側(cè)溫度升高明顯。IRWST內(nèi)上部的流體流動與其下部的流體流動相比較為劇烈。位于上部彎管束附近區(qū)域流體流動最為劇烈。PRHRHX管側(cè)溫度由于內(nèi)外側(cè)傳熱管管程差別大、換熱條件不同導(dǎo)致出現(xiàn)明顯的沿管程分層現(xiàn)象;殼側(cè)的流體出現(xiàn)了明顯的沿高度方向上的溫差分層現(xiàn)象。隨著傳熱管束入口溫度的升高,換熱器的換熱能力逐漸增強(qiáng),非能動余熱排出效果明顯。通過敏感性分析可知,隨著傳熱管束入口溫度由550K逐漸提高到615K,相對溫降β也呈逐漸增加的趨勢,非能動余熱排出效果越發(fā)明顯。而隨著IRWST箱內(nèi)冷卻劑初始溫度的升高,傳熱管束的平均出口溫度呈現(xiàn)明顯的升高趨勢,相對溫降β逐漸降低,余熱排出換熱器的冷卻能力逐漸下降。當(dāng)入口流速在一定范圍內(nèi)升高時,相對溫降β逐漸降低,冷卻效果逐漸下降,但是當(dāng)入口流速增大到一定程度后,管束出口溫度和降溫比逐漸穩(wěn)定,換熱器的冷卻效果逐步不受入口流速增大所帶來的影響。
【圖文】：

組固定在支撐結(jié)構(gòu)上的Ｃ型換熱管束和進(jìn)口封頭、出口封頭組成［３］。ＰＲＨＲＨＸ的入口逡逑管線與ＲＣＳ熱管段相連接，而出口管線連接到蒸汽發(fā)生器（ＳＧ）的下封頭冷腔室，逡逑它們與ＲＣＳ熱管段及冷管段組成了一個閉合的非能動余熱排出回路，ＰＲＨＲＳ如圖１．１逡逑所示。逡逑ＴｆｆＴ邋廠＊ｗ逡逑＿：，１．二…二．：：：：＿：｜￣—？．軟汽％’？交？．逡逑搬觸熱邋畫邋安灸} 貧邐發(fā)＾Ｓ逡逑yUh潱佩濉鰣蝐劭瞥性佩義希懾澹懾義希咤五巍味�，，辶x俠枘踂＂＂＂＂＾逡逑Ｉ邐ｈ邐—邋一邋邐逡逑＾＝＝——＿邋＿「零。艦：＇二逡逑ｍ．ｚ逡逑圖１．１邋ＡＰ１０００ＰＲＨＲ系統(tǒng)運(yùn)行示意圖逡逑ＰＲＨＲＨＸ的入口管線處于常開狀態(tài)（常開電動閥），而常關(guān)的氣動閥設(shè)置在出口逡逑管線上，它在一定的控制信號觸發(fā)下就會打開使余熱排出換熱器通路連通并工作（在逡逑圖１．１中此氣動閥的這種狀態(tài)為Ｆａｉｌ邋Ｏｐｅｎ，邋ＦＯ）。進(jìn)出口管線中充滿了邋ＲＣＳ的冷卻劑逡逑并處于和ＲＣＳ—樣的壓力。為了在核電廠運(yùn)行期間建立并保持熱驅(qū)動壓頭，ＨＸ中的逡逑水溫和安全殼內(nèi)置換料水箱（ＩＲＷＳＴ）的水溫基本一致［３］。逡逑３逡逑

供長時間的冷卻功能。所設(shè)計的非能動余熱排出系統(tǒng)位于核動力裝置的二次側(cè)，與逡逑ＡＣ６００非能動余熱排出系統(tǒng)的設(shè)計方案相類似。非能動余熱排出熱交換器位于安全殼逡逑外的外部水箱內(nèi)，通過自然循環(huán)排出堆芯余熱［３５１。圖１．２為韓國非能動余熱排出系統(tǒng)逡逑的簡圖［３６１。反應(yīng)堆內(nèi)的余熱通過一回路主冷卻劑的自然循環(huán)傳至蒸汽發(fā)生器內(nèi)二次側(cè)逡逑的給水，最終由二回路的給水汽化冷凝將熱量傳遞給外部水箱中的水后冷凝成水。換逡逑熱管外側(cè)為冷卻水，通過自然對流將熱量導(dǎo)出。學(xué)者ＹｏｕｎｇＪｏｎｇＣｈｕｎｇ［３７］應(yīng)用ＭＡＲＳ逡逑代碼對該ＰＲＨＲｓ的熱工水力特性研究得出，當(dāng)熱交換器被浸沒在緊急冷卻箱中時，該逡逑系統(tǒng)可以完成移除堆芯余熱的功能。他還對影響非能動余熱排出系統(tǒng)自然循環(huán)流量的逡逑因素進(jìn)行了敏感性分析，主要包括：蒸汽發(fā)生器與余熱排出換熱器之間的氋度差、流逡逑體阻力、閥門響應(yīng)時間、ＰＲＨＲｓ內(nèi)的初始壓力等。逡逑目前，西屋電氣公司已經(jīng)與安薩爾多核能公司進(jìn)行合作，將由安薩爾多核能公司逡逑負(fù)責(zé)ＡＰ１０００運(yùn)行前的仿真測試并對西屋電氣公司提供技術(shù)支持［３８］。ＡＰＩ０００的認(rèn)證過逡逑７逡逑
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TK172;TM623

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 聶常華;許世杰;劉遜;卓文彬;李長林;鄭華;李朋洲;余慶林;;海水淡化堆非能動余熱排出特性模擬實驗研究[J];核動力工程;2013年06期

2 賈斌;靖劍平;喬雪冬;李遠(yuǎn)山;張春明;;基于CFD方法的非能動余熱排出系統(tǒng)數(shù)值模擬[J];核安全;2013年03期

3 王寶生;王冬青;董化平;姜晶;張建民;;全廠斷電事故下AP1000非能動余熱排出系統(tǒng)瞬態(tài)特性數(shù)值分析[J];原子能科學(xué)技術(shù);2013年09期

4 張往鎖;曹夏昕;曹建華;;非能動余熱排出系統(tǒng)敏感性分析[J];原子能科學(xué)技術(shù);2013年03期

5 袁春昱;劉永民;;氣升式環(huán)流反應(yīng)器數(shù)值模擬研究進(jìn)展[J];化學(xué)工業(yè)與工程技術(shù);2012年06期

6 宋陽;李衛(wèi)華;李勝強(qiáng);;非能動余熱排出熱交換器自然循環(huán)數(shù)值模擬[J];原子能科學(xué)技術(shù);2012年S2期

7 薛若軍;王明遠(yuǎn);李朝君;祝賀;;AP1000非能動換熱器數(shù)值模擬[J];哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報;2012年11期

8 錢曉明;陸道綱;玉宇;;基于故障樹分析的AP1000非能動余熱排出系統(tǒng)的設(shè)計與優(yōu)化[J];原子能科學(xué)技術(shù);2012年08期

9 莫小錦;佟立麗;曹學(xué)武;;AP1000喪失正常給水事故PRHR冷卻能力研究[J];科技導(dǎo)報;2012年21期

10 彭軍;于雷;;艦船核動力裝置非能動余熱排出系統(tǒng)運(yùn)行特性[J];艦船科學(xué)技術(shù);2012年07期

相關(guān)會議論文 前1條

1 陳薇;閻昌琪;谷海峰;;非能動余熱排出回路啟動特性分析[A];中國核科學(xué)技術(shù)進(jìn)展報告——中國核學(xué)會2009年學(xué)術(shù)年會論文集（第一卷·第3冊）[C];2009年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 王明遠(yuǎn);自然循環(huán)換熱器傳熱特性數(shù)值模擬研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2013年

2 張曦;環(huán)形燃燒室貧油熄火極限研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2013年

3 唐照付;葉片側(cè)邊型線對旋渦風(fēng)機(jī)性能影響的研究[D];華東理工大學(xué);2013年

4 陳靜平;深層U型地?zé)釗Q熱器換熱過程模擬計算研究[D];西安建筑科技大學(xué);2012年

5 林支康;AP1000核電廠小破口失水事故RELAP5分析模式建立與應(yīng)用[D];上海交通大學(xué);2012年

6 王爭f*;先進(jìn)壓水堆非能動余熱排出熱交換器傳熱性能研究與計算[D];華東理工大學(xué);2012年

7 李飛;ERVC整體動態(tài)特性及上部水箱熱分層效應(yīng)的實驗與數(shù)值研究[D];上海交通大學(xué);2011年

8 孫曉琴;高層建筑消防電梯井煙氣蔓延及控制分析[D];西南交通大學(xué);2011年

9 嚴(yán)春;先進(jìn)反應(yīng)堆非能動余熱排出系統(tǒng)設(shè)計[D];哈爾濱工程大學(xué);2010年

10 段玉晗;基于CFD的雙節(jié)流濕氣流量測量裝置高壓模型預(yù)測研究[D];天津大學(xué);2009年

本文編號：2701301