一种蒸汽发生器传热管管间多组平行射流形态的数值分析方法技术

本发明专利技术提出了一种蒸汽发生器传热管管间多组平行射流形态的数值分析方法，本发明专利技术用CFD流场仿真方法研究了传热管管间多组平行射流的射流形态，通过合理简化计算区域的几何结构，采用RNG k‑ε湍流模型以及组分输运模型对管间平行射流流场进行了气液两相流动的仿真计算。计算结果表明，随着射流角的增大，射流造成管板上的压强集中度明显降低，造成这一现象的原因是射流两侧存在的压强差，使射流受到与其行进方向垂直的偏转作用力。增大射流之间的间距可以有效减弱射流之间的相互作用，当射流之间的间距足够大时，造成射流偏转的作用力基本消失，此时射流可以保持很好的线性度，保持对管板泥渣的清洗效果。

A NUMERICAL METHOD FOR MORPHOLOGY ANALYSIS OF MULTIPLE PARALLEL JETS BETWEEN HEAT TRANSFER TUBES OF STEAM GENERATOR

【技术实现步骤摘要】
一种蒸汽发生器传热管管间多组平行射流形态的数值分析方法
本专利技术属于水力清洗
，特别是涉及一种蒸汽发生器传热管管间多组平行射流形态的数值分析方法。
技术介绍
压水堆核电站多采用立式倒U型管结构的蒸汽发生器，其功能是把一回路冷却剂从核能反应堆获得的热能传给二回路水介质使其变为蒸汽。整个二回路中，管板上表面处于最低位。工作过程中蒸汽发生器二次侧给水中的非挥发性杂质和腐蚀产物会在管板上沉积泥渣，形成的泥渣会在传热管与管板胀接处形成腐蚀环境，造成传热管腐蚀和减薄，严重者造成放射性泄露以及热功率损失。因此，根据国内外核电站运行经验反馈，每次停堆检修期间，蒸汽发生器二次侧泥渣冲洗和视频检查均是必做项目。核电站蒸汽发生器的清洗主要有机械清洗和化学清洗两种方式，目前对管板上的沉积泥渣主要采用机械水力清洗方法去除。使用高压射流和循环水回路系统，喷枪通过手孔或眼孔对管板上表面进行水力清洗。手孔清洗时，手孔喷枪从0°或180°手孔引入蒸汽发生器内部，由执行机构驱动喷枪沿中心管廊方向逐管间步进，并在清洗时沿自身轴线旋转，进而清洗传热管外表面及管板上表面；同时环流喷枪从0°和180°手孔装入，将清洗水沿外环廊送至90°和270°眼孔抽吸口处，由抽吸管路吸出至过滤系统，实现水回路循环；眼孔清洗时，眼孔喷枪从90°或270°眼孔引入蒸汽发生器内部，由执行机构驱动沿传热管管间步进，并在清洗时沿喷枪自身轴线旋转；同时环流喷枪从90°和270°眼孔将清洗水沿外环廊送至0°和180°手孔抽吸口处，由抽吸管路吸出至过滤系统，实现水回路循环，进而清洗传热管外表面及管板上表面。采用上述喷枪对蒸汽发生器二次侧管板清洗时，多组平行射流需要从密集的传热管间穿过，由于喷枪摆动角度不同，射流需要在传热管间穿行距离的范围为0.35m～1.6m。为保证管板的清洗效果，需要高压射流在行进过程中保持一定要求的线性度，避免射流大部分作用在传热管上而不能到达管板上表面的情况。因此，在上述射程中，射流能否保持一定的线性度到达管板上表面，是机械水力清洗设备能否达到预期清洗效果的关键所在。
技术实现思路
本专利技术目的是为了提高射流线性度，进而提高管板上受到射流冲击的压强集中度，提高射流对管板上不易清洗的泥渣的清洗能力，提出了一种蒸汽发生器传热管管间多组平行射流形态的数值分析方法。本专利技术的目的通过以下技术方案实现：一种蒸汽发生器传热管管间多组平行射流形态的数值分析方法，包括以下步骤：步骤一、将水力清洗射流流动的计算区域设定为枪体区域和射流区域，设定两个区域之间的相对转动来模拟不同射流角情况下的计算域；步骤二、对所述枪体区域和射流区域进行网格划分，并对枪体区域和射流区域以及枪体区域与射流区域的交界面处进行网格加密；步骤三、给定边界条件和数值计算参数，其中入口条件给定为速度进口，出口条件给定为压强为零的开放边界；步骤四、采用RNGk-ε双方程湍流模型以及组分输运模型来计算求解射流流场的气液两相流动，采用有限体积法对水力清洗流场内的流动进行数值计算；步骤五、选取30°～60°的射流角进行射流流场线性分析，所述射流角为射流出射方向与传热管中心线方向之间的角度；步骤六、根据射流流场线性分析结果设定两个射流间间距为N个传热管，N为大于3的整数，从而提高射流线性度。进一步地，当两个射流间间距为6个传热管时，使得管间平行射流可以在射流角为60°时穿过传热管到达管板表面；当两个射流间间距为9个传热管时，两个射流之间的吸引作用消失，射流线性度不受射流之间的吸引作用影响。进一步地，所述枪体区域和射流区域均采用全结构化网格。进一步地，从30°到60°每隔两度选取一个计算角度，共16个角度，用于描述射流角度变化时的流场线性特性。进一步地，所述水力清洗用喷枪为手孔喷枪或眼孔喷枪。本专利技术用CFD流场仿真方法研究了传热管管间多组平行射流的射流形态，通过合理简化计算区域的几何结构，采用RNGk-ε湍流模型以及组分输运模型对射流流场进行了气液两相流动的仿真计算。计算结果表明，随着射流角的增大，射流造成管板上的压强集中度明显降低，造成这一现象的原因是射流两侧存在的压强差，使射流受到与其行进方向垂直的偏转作用力。增大射流之间的间距可以有效减弱射流之间的相互作用，当射流之间的间距足够大时，造成射流偏转的作用力基本消失，此时射流可以保持很好的线性度，保持对管板泥渣的清洗效果。附图说明图1是本专利技术所述一种蒸汽发生器传热管管间多组平行射流形态的数值分析方法的流程图；图2是计算区域网格结构图；图3是不同射流角时射流流线图；图4是不同射流角时管板压力分布图；图5是不同射流角时管板所受冲击力图；图6相互作用的射流截面压力分布图；图7是射流间距对线性度的影响图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。由于传热管的密集特性，清洗过程难以实现实时的视频观察，无法掌握水射流的形态和压强等参数；而通过CFD(ComputationalFluidDynamic)方法对射流流场进行仿真，可以准确而具体的获取射流形态及其它关键参数。结合图1-图7，本专利技术提出一种蒸汽发生器传热管管间多组平行射流形态的数值分析方法，包括以下步骤：步骤一、水力清洗射流流动的计算区域划分为枪体和射流两个区域，设定两个区域之间的相对转动来模拟不同射流角情况下的计算域；步骤二、对所述枪体区域和射流区域进行网格划分，并对枪体区域和射流区域以及枪体区域与射流区域的交界面处进行网格加密；步骤三、给定边界条件和数值计算参数，其中入口条件给定为速度进口，出口条件给定为压强为零的开放边界；步骤四、采用RNGk-ε双方程湍流模型以及组分输运模型来计算求解射流流场的气液两相流动，采用有限体积法对水力清洗流场内的流动进行数值计算；步骤五、选取30°～60°的射流角进行射流流场线性分析，所述射流角为射流出射方向与传热管中心线方向之间的角度；步骤六、根据射流流场线性分析结果设定两个射流间间距为N个传热管，N为大于3的整数，从而提高射流线性度。当两个射流间间距为6个传热管时，使得射流线性度在射流角为60°时穿过传热管到达管板表面；当两个射流间间距为9个传热管时，两个射流之间的吸引作用消失，射流线性度不受射流之间的吸引作用影响。所述枪体区域和射流区域均采用全结构化网格。从30°到60°每隔两度选取一个计算角度，共16个角度，用于描述射流角度变化时的流场线性特性。所述水力清洗用喷枪为手孔喷枪或眼孔喷枪。本专利技术以手孔清洗过程举例进行线性分析，具体为：流场仿真方案手孔清洗射流流动的计算区域如图2所示。为了方便设置喷枪的转动角度，将计算区域分为枪体区域和射流区域两个部分，其中枪体区域整体放置在射流区域的圆形孔洞内。枪体部分采用全结构化网格，网格质量在0.65以上；因其对后续高速射流的流态起到关键作用，因此需要对枪体区域喷嘴部分的网格进行加密处理，最终确定枪体区域的网格数量为170万，如图2(a)所示。射流区域也采用全结构化网格，该区域是高速射流流态发展的区域，流动较本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种蒸汽发生器传热管管间多组平行射流形态的数值分析方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、将水力清洗射流流动的计算区域划分为枪体和射流两个区域，设定两个区域之间的相对转动来模拟不同射流角情况下的计算域；步骤二、对所述枪体区域和射流区域进行网格划分，并对枪体区域和射流区域以及枪体区域与射流区域的交界面处进行网格加密；步骤三、给定边界条件和数值计算参数，其中入口条件给定为速度进口，出口条件给定为压强为零的开放边界；步骤四、采用RNG k‑ε双方程湍流模型以及组分输运模型来计算求解射流流场的气液两相流动，采用有限体积法对水力清洗流场内的流动进行数值计算；步骤五、选取30°～60°的射流角进行射流流场线性分析，所述射流角为射流出射方向与传热管中心线方向之间的角度；步骤六、根据射流流场线性分析结果设定两个射流间间距为N个传热管，N为大于3的整数，从而提高射流线性度。

【技术特征摘要】
1.一种蒸汽发生器传热管管间多组平行射流形态的数值分析方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、将水力清洗射流流动的计算区域划分为枪体和射流两个区域，设定两个区域之间的相对转动来模拟不同射流角情况下的计算域；步骤二、对所述枪体区域和射流区域进行网格划分，并对枪体区域和射流区域以及枪体区域与射流区域的交界面处进行网格加密；步骤三、给定边界条件和数值计算参数，其中入口条件给定为速度进口，出口条件给定为压强为零的开放边界；步骤四、采用RNGk-ε双方程湍流模型以及组分输运模型来计算求解射流流场的气液两相流动，采用有限体积法对水力清洗流场内的流动进行数值计算；步骤五、选取30°～60°的射流角进行射流流场线性分析，所述射流角为射流出射方向与传热管中心线方向...

【专利技术属性】
技术研发人员：武伟让，陶于春，余桐，李江，唐西明，王骏飞，杨洵宗，程治峰，付东亮，苏军锋，李娟，叶春，吕进，
申请(专利权)人：苏州热工研究院有限公司，中国广核集团有限公司，中国广核电力股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32