盘管直流蒸汽发生器两相段计算模型

*
+
" ( ( # % # % I P ’ I P 5 5 C ] 为汽相总能 " & 为单位管长的 ( 壁面热流量 " % $ [ .# ; 为螺旋管的管内径 " .# #一次水侧守恒方程 ) 参照 > ! 不考虑一次 \ > 节中的假设 条 件 X# 水侧动量方程 $ 质量守恒方程 ’ " =# $ $7$ $ 8" $ @ $ $ !! 能量守恒方程 ’ " # #
原子能科学技术 !! 第! "卷
’ ’ $ $ . . $ $ / B 7=. A 7 $ @ $ $ $ @ $ $ $ . " # " # ’ ! % %$ ] >A &’ ]A &= 4 & C $ " # ! 8 ) ; . # . $ $ ( 式中 ’ % ’ I P ’ 5# . 为混合物总能" & 为液相总能
>+ $ 结构关系式的选取遵循以下原则 *
A ( 式中 ’ # % P . =. 为 混 合 物 质 5 . 为混合物密度 " $
#选择适合盘管热工 计算的 结构关 系 式 $ > #为研究某些特定 管型 的盘管 7 选择范围 ’ " > E 的特性所设专项实验研究总结中的有关经验关 系式 % " E 热工水力稳态设 )#某 些 盘 管 直 流 7 计中选用的关系式 ! 该关系式的可信度较高 ! 计 算裕度较大 % " A#其 它 有 关 两 相 流 和 流 动 沸 腾 传 热 的 文 献 中 推 荐 的 关 系 式! 选用此类关系式 时要注意关系式的使用条件和准确度 $ #关注 选 择 的 结 构 关 系 式 与 传 热 工 况 的 ) 判断逻辑相 协 调 $ 若 不 协 调 ! 因强烈的非线性 作用 ! 直流 7 在数值求解中易 E 模型误差增 大 ! 发散 $ 为使模型的 基 本 方 程 组 封 闭 ! 求得合理的 解! 且保证数值求解的收敛性与稳定性 ! 真实含
’ ( ) * + ) ( , $ & 2 " ) . /B < D 9 1 ( # "K ) <0 " * , $ & %E .J & * " D B 1 / + 1L " ) $ * ( ) D ’ $ ) " 20 , " ( FM " & " / ( , / %
! N ,J ‘ 8 2 B C,(E H % F @ / 3 f
’ ’ C $ $ " # * 7= 8 $ @ $ $ $ A 式中 ’ # % # % ( ( P . = 为质心 速度 " . O ’ 5 $ 为密度 "
A 为总能 " ( # % ( # $ I P [ . 5 C 为单位体积热流量 "
= @ >! 结构关系式的选择 二次水侧的 ! 个 场 方 程 涉 及 > A个未知变 量’ 选 =. , ’ ’ ’ = %, &, B, C ., ], &, ., ], &, 4, &, ] / O$ $ $ $ 择其中的 B, 它们通 =. , %, . 作 为 主 要 场 变 量! $ 过求解 ! 个 守 恒 方 程 得 到 ! 其余的+个变量需 补充相关的结构关系式进行计算 $
* )+ 气率 采 用 ? 相间相对速度= 3 ] 6公式 ! 4采 用
*
+
式中 ’ ( P . #% % 为空泡份额 % 5 ] 为汽相密度 " & $ $ A 为液相密 度 " % ( P .# = 5 4 为汽液两相相对速度
A
% 差" ( ( . O# P & 为单位体积蒸汽产生率" 5 A # # $ " ./ O 混合物动量守恒方程 ’ >A%# =. =. > / $ %" $ $ $ $= 8 7=. 7 $ @ $ @ $ $ $ . . $
=! 计算模型
= @ =! 流场守恒方程组 建立直流 7 E 的数学模型 的 关 键 在 于 建 立
自动 调 节 系 统 设 计 , 异常工况的监测与处理以 及运行规程的编制提供必要的依据 $
收稿日期 ! 修回日期 ! ) " " ! @ > ) @ ) "% ) " " # @ " A @ ) ) 作者简介 ! 曹! 丹" ! 男! 江苏通州人 ! 硕士研究生 ! 核能科学与工程专业 > + = *)#
) & ] 4
*
+
> $ > B " # O / 2!7 A A / A2 ] / O @ $ . . $ $ 式中 ’ # % R 8 B 为汽相或液相压力" ] / O为 由 壁 面 摩擦引起的压降梯度 " $ ( R 8 .# 混合物能量守恒方程 ’
由两 流 体 模 型 汽, 液两相动量方程导出的微分
>+ ! 的一项重要内容 * 且可以为 7 E 的 结 构 设 计,
本文采用四 方 程 漂 移 流 模 型 ! 用数值模拟 计算的方法 对 盘 管 直 流 7 并 E 进 行 稳 态 分 析! 对7 在 E 二次侧 蒸 发 段 的 计 算 模 型 进 行 改 进 ! 此基础上开发直流 7 E 热工分析程序 $
摘要 ! 文章构造盘管直流蒸汽发生器 " 两相段计算模型 $ 采用四方程漂移流模 型 ! 对盘管直流 7 7 E# E的 两相段传热进行进一步划分 $ 选用 适 当 的 结 构 关 系 式 和 传 热 关 系 式 ! 用数值方法进行了盘管 7 E 的稳 态分析 $ 关键词 ! 盘管直流蒸汽发生器 % 两相流模型 % 热工计算 中图分类号 ! " # : ? A A )!!! 文献标识码 ! > " " " @ * + A > ) " " * " # @ " # ! + @ " ! ,!!! 文章编号 !
!+ 体的划分准则 * 如下 ’
> > $ D B $= A A " @ $$ >A%# $ %" $ $#
. 4 & ] ] &
" # =
.E > $ 式 中’ 相 间 动 量 传 递 系 数D 8 /5 9 = 4 7 X % >
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> ) ’ ! 为空泡份额和运 动 粘 度 的 函 数 % # ’ " 为汽 # " 泡 半 径% E & 为 混 合 物 体 积 中 的 汽 液 边 界 面 积% 本文取为 " 59 为两相之间的阻力系数 ! \ #$ = @ ?! 方程的离散化方法 稳态计算所 采 用 的 流 场 方 程 是 将 守 恒 方 程中关 于 时 间 的 微 分 项 去 除 后 的 守 恒 方 程! 即所 有 的 微 分 项 都 是 关 于 流 场 空 间 的 微 分 函 数$本文采用交 错 差 分 格 式 对 稳 态 方 程 进 行 以得到描述稳态流场的线性方 差分 处 理! 程组$ 交错差分格式的作用在于将描写动量方程 的控制体和描写标量方程的控制体进行互相交 错的排列 " 图> # $图>中的 实 线 代 表 标 量 控 制 体的边界 ! 虚线代表动量 控 制 体 的 边 界 % +b>, + 和+_> 等整数坐标点位于 网格单 元中 心 ! 所有 热力学变量 ! 如压力 B, 焓 % 等均位 于 网 格单 元 速度等矢量参数均分布在网格单元的 的中心% 边缘 $ 实际计算中的网格划分按标量单元进行划 分 $ 为写出完整的差分方程 ! 并使方程稳定 ! 需
# # " 汽液两相流流动及传热的数学模型 $ 本文采用 四方程的漂移流模型 $ 漂移流模型中采用代表 两相介质横向分布的量和代表两相之间局部相 对速度的量来描述两相流的特性 $ 漂移模型整 如求解简单 ! 同时 体上具有均匀流模型的特点 ! 又可表现出两相流的局部特性 $ 折衷选用了漂 移流模 型 作 为 建 立 盘 管 7 E 热工分析的计算 模型 $ 针对盘管内两相流体向上流动这一具体现 象! 模 型 作 如 下 假 设’ >#每 根 盘 管 组 件 的 流 量 液两相压 和受 热 均 相 同 % )#同 一 横 截 面 上 汽 , 力相 等 % 忽 略 轴 向 导 热% A# 使 用 一 维 模 型 ! #不考虑表 面 张 力 对 混 合 物 流 场 的 动 量 及 能 ! #不考虑由于界面 及介质 脉 动 引起 的 量影响 % # 效应 % 动能和重位势 *#忽 略 界 面 剪 切 力 的 功 , #弥散相处于饱 和 状 态 % 能% = X#一 次 水 侧 压 力 #流体的动能和重 位势能与 流 体的 比 焓 恒定 % + 流体的总能中只考虑流体的比焓 % 相比可忽略 ! 饱 #在 计 算 某 一 工 况 的 稳 态 或 动 态 分 布 时 ! > " 和水和饱和汽的密度恒定不变 $ 流场守恒方程组如下 $ #二次水 水蒸气侧守恒方程 > @ 混合物质量守恒方程 ’ ". =. # $ $ . $ 7 $ 8" $ @ $ $ 心速度 " # $ ( . O 汽相质量守恒方程 ’ " " >A%# = =. # $ % ]" & 4 $ % % ]# $ ] $ $ $ $ 7 7 8& $ @ @ $ $ $ . $ " # ) " # >
" ) * ( $ + $ , $ ’ " , . / ’ 0 #0 * ;! ’ &6 * ’ # ’ . % * " / " 1 ( + * % , 0< * + = ’ # ( + $ > ’ + + * " " " X !! 5 % + * 0# -! 2 3! ? 2> 2 31 2 3!
+ A ’ 关系式 *
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第#期 !! 曹 ! 丹等 ’ 盘管直流蒸汽发生器两相段计算模型
# # > 恶 化 沸 腾 区# ! 确定各工况的分界点 核沸 腾 区, 并采用不同 的 结 构 关 系 式 ! 从而提高了 7 E稳 态热工计算的精度 $ 不同传热区选用相应的传 并需 经 过 对 盘 管 的 修 正 $ 传 热 公 式 的 热公式 ! 引用 还 需 考 虑 流 型 ! 根据盘管中流体不同的流 型选用不同的传热公式 $ 考虑到不同盘管的弯曲半径会产生大小不 同的离 心 力 ! 从 而 对 流 体 的 流 型 产 生 影 响! 所 以! 为在流型判定的过程中考虑螺旋半径对流 型的影响 ! 引入了狄 恩 数 ! F ’8: ’
"卷第#期 ! 第! " " *年+月 !)原子能科学
技
术
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盘管直流蒸汽发生器两相段计算模型
曹!丹! 张佑杰
" 清华大学 核能与新能源技术研究院 ! 北京 !> # " " " X !
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