核电站热工水力CFD分析方案及案例
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Flowmaster简介
Flowmaster是专业的热流体系统仿真软件，美国Mentor Graphics公司产品。通过系 统仿真帮助工程师设计、验证、优化复杂的流体系统：
压力，温度，流量，传热量，干度等参数预测 稳态/瞬态流动换热分析 不可压缩流体&可压缩流体 液体&气体，空调系统 部件选型与系统匹配分析 汽液相变两相流分析
FloVENT：舱室、HVAC与建筑流场CFD分析专家，可开展浓度扩散、通风效能、 污染物移除效能、温度、湿度、对流、传导、热辐射的热效应、舒适度等分析
PumpLinx：运动机械CFD模拟专家，内置各类泵、阀、风扇与压缩机模板，提供转 子区动网格模板，自适应笛卡尔网格技术，具备完备的空化与汽蚀模型
Flow-3D：通用CFD软件，功能全面，自由液面模型的提出者，处理液面晃动与非满 流问题的首选 Flowmaster：热流体系统仿真软件，应用领域涵盖核电一、二回路主辅系统，国内 外核电工业广泛应用
动冷却系统。 物理试验存在固有局限性，如试验周期长、试验成本高、难以搭建试验台等，
如何通过仿真获得更多的数据。 ……
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需求分析（续）
泵、阀等设备性能能否满足设计要求，避 免出现调试时才发现设备问题的现象。
设计阶段，蒸汽发生器等换热器无法提供 实验数据，如何进行性能预测。
如何提高燃料棒的换热系数，尽可能地提 高换热效率。
行业专用CFD软件，如泵阀专用软件Pumplinx等
（3）高速流动问题
通用CFD软件，如FLUENT、CFX、STARCD等
（4）换热问题
通用CFD软件，如FLUENT、CFX、STARCD等
专用CFD软件，如FLOTHERM、RADTHERM等
‹#›Fra Baidu bibliotek
各种问题的解决方案
（5）两相流问题 通用CFD软件，如FLUENT、CFX、STARCD等 专用软件，如气液界面专家软件Flow3D，气（液）固专家软件EDEM等 （6）相变问题 气固、液固问题，可采用通用CFD软件，如FLUENT、CFX、STARCD等 气液相变问题采用FLUENT、STARCD等商业软件或自开发程序 （7）蒸汽问题 无相变可采用通用CFD软件 有相变时，需开发程序嵌入蒸汽物性，基于焓进行求解，需自开发程序
➢ EDEM可以和Fluent进行耦合，在颗粒级别上对气固/液固两相流动 进行模拟；
➢ 该耦合增强了CFD模拟多相流的能力，如：粒径分布、颗粒形状、 颗粒的运动、颗粒的碰撞、颗粒表面状况等，适用于固相浓度 0%~100%
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基于MpCCI的多场耦合分析方案概况
MpCCI （Mesh-based parallel Code Coupling Interface）由德 国 SCAI 开 发 ， SCAI 下 属 于 Fraunhofer-Gesellschaft （弗劳 恩霍夫应用研究促进协会）— —德国也是欧洲最大的应用科 学研究机构
➢ PumpLinx是美国Simerics公 司针对泵、阀数值模拟而开 发的一款CFD软件，用于预 测流动及空化状况。
柱形阀 ‹#›
Flow3D介绍
耦合液体晃动 – 容器的动力学 液体晃动: 液体相对容器的运动 容器: 水瓶、油箱等 尤其专注于箱体的液体晃动
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EDEM-Fluent耦合方案及应用
地震时，水箱内水的晃动是否会造成常压 水箱损坏。
……
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大纲
背景与需求分析 基于CFD的研究分析方案简介 应用实例
价值与优势小结
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核电CFD问题分类
核电站是一个庞大的、复杂的系统，涉及到成千上万台设 备，如堆芯压力容器、换热器、泵、阀等
按照物理问题进行分类，可分为： （1）管网系统水力、热工问题； （2）普通流动问题，如管道流、阻力（加压）设备流等 （3）高速流动问题，如液体气蚀现象、气体超声速等 （4）换热问题，如热交换器、堆芯等 （5）两相流问题（无相变），如地震时箱体晃动、非满
危害性，设计时需进行考虑，满足安全准则要求。 泵的调速/切换、阀的动态调节是由控制系统实现的，如何考虑控制系统对热
流体系统工作特性的影响。 系统中加压泵、流量调节阀、孔板等各类关键部件在系统中的工作特性及其匹
配性。 复杂管网如何设计孔板或调阀，使管网各用户流量均满足设计要求，即流量配
平问题。 系统可靠性设计问题对工程师来说，也是一项非常严峻的挑战，如安全壳非能
大纲
背景与需求分析 基于CFD的研究分析方案简介 应用实例
价值与优势小结
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核电站系统原理图
安全壳喷淋系统
反
应
堆
冷
却
剂
系
安全注射系统
统
化学和容积控制系统
一回路（核岛）
主蒸汽系统
主蒸汽排放系统
循环水系统 凝结水给水系统
事故给水系统
二回路（常规岛）
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核电站的废物处理系统
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需求分析
核电一二回路系统运行过程中介质会有水汽相变的复杂过程。 设备启停、调阀过程中，系统中会出现汽锤、水锤、气穴等不利现象，一定的
管流动等 （6）相变问题，如蒸汽发生器、冷凝器等 （7）蒸汽问题，如大气排放阀、稳压器卸压箱等 ……
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各种问题的仿真解决方案
（1）管网系统水力、热工问题
通用管网水力软件，如PipeNet、AFT等
通用管网水力热工软件，如Flowmaster、Relap5等
（2）普通流动问题
通用CFD软件，如FLUENT、CFX、STARCD等
求解器＋数据库+专业版本 系数矩阵迭代求解 元件库（400多类）、物性库、脚本库、超过20000小时的物理试验数据库 能源电力版：大量能源电力行业的专用元件，如蒸汽发生器、冷凝器、闪蒸箱、过
热器、锅炉、疏水阀……
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Pumplinx简众介多的泵阀模板
参数化建模使仿真过程简洁、高效！
球形阀
或基于商业软件进行二次开发
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专业化、工程化的CFD解决方案
FloEFD：全球领先的同步CFD分析方案，完全嵌入MCAD系统中之中，直接使用原 始结构模型，自动识别、建立流体域，自动划分网格，支持迭代式分析与优化设计
FloTHERM：电子冷却主导的专业CFD软件，全球电子散热CFD分析70%以上的市 场占有率，行业规范与事实标准
Flowmaster简介
Flowmaster是专业的热流体系统仿真软件，美国Mentor Graphics公司产品。通过系 统仿真帮助工程师设计、验证、优化复杂的流体系统：
压力，温度，流量，传热量，干度等参数预测 稳态/瞬态流动换热分析 不可压缩流体&可压缩流体 液体&气体，空调系统 部件选型与系统匹配分析 汽液相变两相流分析
FloVENT：舱室、HVAC与建筑流场CFD分析专家，可开展浓度扩散、通风效能、 污染物移除效能、温度、湿度、对流、传导、热辐射的热效应、舒适度等分析
PumpLinx：运动机械CFD模拟专家，内置各类泵、阀、风扇与压缩机模板，提供转 子区动网格模板，自适应笛卡尔网格技术，具备完备的空化与汽蚀模型
Flow-3D：通用CFD软件，功能全面，自由液面模型的提出者，处理液面晃动与非满 流问题的首选 Flowmaster：热流体系统仿真软件，应用领域涵盖核电一、二回路主辅系统，国内 外核电工业广泛应用
动冷却系统。 物理试验存在固有局限性，如试验周期长、试验成本高、难以搭建试验台等，
如何通过仿真获得更多的数据。 ……
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需求分析（续）
泵、阀等设备性能能否满足设计要求，避 免出现调试时才发现设备问题的现象。
设计阶段，蒸汽发生器等换热器无法提供 实验数据，如何进行性能预测。
如何提高燃料棒的换热系数，尽可能地提 高换热效率。
行业专用CFD软件，如泵阀专用软件Pumplinx等
（3）高速流动问题
通用CFD软件，如FLUENT、CFX、STARCD等
（4）换热问题
通用CFD软件，如FLUENT、CFX、STARCD等
专用CFD软件，如FLOTHERM、RADTHERM等
‹#›Fra Baidu bibliotek
各种问题的解决方案
（5）两相流问题 通用CFD软件，如FLUENT、CFX、STARCD等 专用软件，如气液界面专家软件Flow3D，气（液）固专家软件EDEM等 （6）相变问题 气固、液固问题，可采用通用CFD软件，如FLUENT、CFX、STARCD等 气液相变问题采用FLUENT、STARCD等商业软件或自开发程序 （7）蒸汽问题 无相变可采用通用CFD软件 有相变时，需开发程序嵌入蒸汽物性，基于焓进行求解，需自开发程序
➢ EDEM可以和Fluent进行耦合，在颗粒级别上对气固/液固两相流动 进行模拟；
➢ 该耦合增强了CFD模拟多相流的能力，如：粒径分布、颗粒形状、 颗粒的运动、颗粒的碰撞、颗粒表面状况等，适用于固相浓度 0%~100%
‹#›
基于MpCCI的多场耦合分析方案概况
MpCCI （Mesh-based parallel Code Coupling Interface）由德 国 SCAI 开 发 ， SCAI 下 属 于 Fraunhofer-Gesellschaft （弗劳 恩霍夫应用研究促进协会）— —德国也是欧洲最大的应用科 学研究机构
➢ PumpLinx是美国Simerics公 司针对泵、阀数值模拟而开 发的一款CFD软件，用于预 测流动及空化状况。
柱形阀 ‹#›
Flow3D介绍
耦合液体晃动 – 容器的动力学 液体晃动: 液体相对容器的运动 容器: 水瓶、油箱等 尤其专注于箱体的液体晃动
‹#›
EDEM-Fluent耦合方案及应用
地震时，水箱内水的晃动是否会造成常压 水箱损坏。
……
‹#›
大纲
背景与需求分析 基于CFD的研究分析方案简介 应用实例
价值与优势小结
‹#›
核电CFD问题分类
核电站是一个庞大的、复杂的系统，涉及到成千上万台设 备，如堆芯压力容器、换热器、泵、阀等
按照物理问题进行分类，可分为： （1）管网系统水力、热工问题； （2）普通流动问题，如管道流、阻力（加压）设备流等 （3）高速流动问题，如液体气蚀现象、气体超声速等 （4）换热问题，如热交换器、堆芯等 （5）两相流问题（无相变），如地震时箱体晃动、非满
危害性，设计时需进行考虑，满足安全准则要求。 泵的调速/切换、阀的动态调节是由控制系统实现的，如何考虑控制系统对热
流体系统工作特性的影响。 系统中加压泵、流量调节阀、孔板等各类关键部件在系统中的工作特性及其匹
配性。 复杂管网如何设计孔板或调阀，使管网各用户流量均满足设计要求，即流量配
平问题。 系统可靠性设计问题对工程师来说，也是一项非常严峻的挑战，如安全壳非能
大纲
背景与需求分析 基于CFD的研究分析方案简介 应用实例
价值与优势小结
‹#›
核电站系统原理图
安全壳喷淋系统
反
应
堆
冷
却
剂
系
安全注射系统
统
化学和容积控制系统
一回路（核岛）
主蒸汽系统
主蒸汽排放系统
循环水系统 凝结水给水系统
事故给水系统
二回路（常规岛）
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核电站的废物处理系统
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需求分析
核电一二回路系统运行过程中介质会有水汽相变的复杂过程。 设备启停、调阀过程中，系统中会出现汽锤、水锤、气穴等不利现象，一定的
管流动等 （6）相变问题，如蒸汽发生器、冷凝器等 （7）蒸汽问题，如大气排放阀、稳压器卸压箱等 ……
‹#›
各种问题的仿真解决方案
（1）管网系统水力、热工问题
通用管网水力软件，如PipeNet、AFT等
通用管网水力热工软件，如Flowmaster、Relap5等
（2）普通流动问题
通用CFD软件，如FLUENT、CFX、STARCD等
求解器＋数据库+专业版本 系数矩阵迭代求解 元件库（400多类）、物性库、脚本库、超过20000小时的物理试验数据库 能源电力版：大量能源电力行业的专用元件，如蒸汽发生器、冷凝器、闪蒸箱、过
热器、锅炉、疏水阀……
‹#›
Pumplinx简众介多的泵阀模板
参数化建模使仿真过程简洁、高效！
球形阀
或基于商业软件进行二次开发
‹#›
专业化、工程化的CFD解决方案
FloEFD：全球领先的同步CFD分析方案，完全嵌入MCAD系统中之中，直接使用原 始结构模型，自动识别、建立流体域，自动划分网格，支持迭代式分析与优化设计
FloTHERM：电子冷却主导的专业CFD软件，全球电子散热CFD分析70%以上的市 场占有率，行业规范与事实标准