提高钠冷快堆系统程序中蒸汽发生器换热计算性能的方法技术方案

本发明专利技术公开了一种提高钠冷快堆系统程序中蒸汽发生器换热计算性能的方法，采用固定网格法划分钠冷快堆直流蒸汽发生器，采用固定网格法确定蒸汽发生器热构件网格划分，计算CHF发生的位置。判定各网格换热模式，针对单相液换热、核态沸腾、膜态沸腾和过热蒸汽工况，分别计算各网格换热系数。基于固定网格，使用CHF可移动边界模型对发生CHF现象的控制体再次网格划分，重新计算上、下热构件的换热系数。设置边界条件，重复以上步骤，分别计算每个网格下一时间步换热系数，最终求得每一时刻蒸汽发生器的换热量。本发明专利技术既保证钠冷快堆系统分析程序中直流蒸汽发生器换热计算精度，又提升反应堆数值计算程序的求解速度。数值计算程序的求解速度。

【技术实现步骤摘要】
提高钠冷快堆系统程序中蒸汽发生器换热计算性能的方法


[0001]本专利技术属于核反应堆系统安全分析计算
，具体涉及一种提高钠冷快堆系统程序中蒸汽发生器换热计算性能的方法。

技术介绍

[0002]钠冷快堆由于冷却剂载热性能好、热惰性大、温度水平高，因此一般采用直流蒸汽发生器来减小反应堆尺寸，提高经济性。三回路直流蒸汽发生器管侧为水，经二回路液态钠加热，与壁面的换热模式包括过冷水对流、过冷沸腾、核态沸腾、膜态沸腾和过热蒸汽对流。各模式换热系数相差很大，尤其是CHF点前后的核态沸腾和膜态沸腾。固定网格内可能出现两种不同的换热模式，若只选取其中一种模式进行换热计算，会引起换热量的计算误差。同时，如果网格的换热模式发生变化，那么由于差分方程的变化会人为造成解的不连续。这种固定网格内换热模式转变引起的热量剧烈变换，将导致直流蒸汽发生器模拟的震荡问题。
[0003]目前直流蒸汽发生器换热计算方法有两种，一种是固定网格法，另一种是移动边界法。固定网格法是指在计算前将系统划分多个网格，在瞬态计算过程中网格不变，利用守恒方程计算流体的热力学状态。固定网格法适用于系统分析程序，但会造成解的不连续。可以通过增加网格的数量和减少时间不长的方法降低不连续性，但会降低计算效率。移动边界法中，网格边界随换热模式变化，因此网格界面是时间的连续函数，避免计算结果的突跳。同时，移动边界法可以减少网格数目，提高计算效率，但移动边界法不适用于系统分析程序。
[0004]钠冷快堆系统分析程序中直流蒸汽发生器仍采用传统固定网格法计算换热，计算效率和计算结果稳定性难以两全。亟待为钠冷快堆系统分析程序开发一种快速准确求解直流蒸汽发生器换热的方法，提升钠冷快堆系统程序瞬态计算的精度和速度。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种提高钠冷快堆系统程序中蒸汽发生器换热计算性能的方法，既保留系统程序的所有特点，又提升钠冷快堆系统程序瞬态计算的精度和速度。
[0006]本专利技术采用以下技术方案：
[0007]提高钠冷快堆系统程序中蒸汽发生器换热计算性能的方法，包括以下步骤：
[0008]S1、根据蒸汽发生器水力部件控制体划分方式，采用固定网格法确定蒸汽发生器热构件网格划分，计算CHF位置；
[0009]S2、判定各网格换热模式，针对单相液换热、核态沸腾、膜态沸腾和过热蒸汽工况，分别计算各网格换热系数h；
[0010]S3、基于固定网格，使用CHF可移动边界模型对发生CHF现象的控制体再次网格划分，重新计算上、下热构件的换热系数；
[0011]S4、设置边界条件，重复以上步骤，分别计算每个网格下一时间步换热系数，最终
求得每一时刻蒸汽发生器的换热量。
[0012]具体的，步骤S1中，CHF点在网格中的具体位置为：
[0013][0014]其中，p表示钠侧，ΔL为CHF位置距前一个网格的距离，T
p,CHF
为发生CHF时钠侧控制体温度，T
s
为水侧饱和温度，T
p,i
为钠侧控制体i的温度，U为综合传热系数，r
i
为传热管内半径，W
p
为钠侧流体质量流量，C
p
为钠的比热容。
[0015]具体的，步骤S2中，固定网格水侧换热模式判定采用平衡含汽率Xe和CHF位置，逻辑如下：
[0016](1)Xe≤0，网格为单相对流换热；
[0017](2)0＜Xe＜1，且网格在CHF发生前，网格为核态沸腾换热；
[0018](3)0＜Xe＜1，且网格在CHF发生后，网格为膜态沸腾换热；
[0019](4)Xe≥1，网格为过热蒸汽换热。
[0020]进一步的，水侧单相对流换热关系式根据流型选择，具体为：
[0021]对于层流，即Re<2300，选择Sellars关系式进行计算：
[0022][0023]对于湍流，即Re≥2300，选取Dittus-Boelter公式进行计算：
[0024]Nu＝0.023Re
0.8
Pr
0.4
[0025]其中，k
f
为液相热导率；D
h
为管道的水力直径，h为内表面传热系数，Nu为努塞尔数，Re为雷诺数，Pr为普朗特数。
[0026]进一步的，水侧核态沸腾换热采用Chen关系式，具体为：
[0027]h
TP
＝Fh
mac
+Sh
mic
[0028]其中，h
mac
为宏观对流项换热系数；F为雷诺数因子；h
mic
为微观沸腾项换热系数；S为抑制因子。
[0029]更进一步的，对于饱和核态沸腾，雷诺数因子F计算如下：
[0030][0031][0032]对于过冷核态沸腾，雷诺数因子F计算如下：
[0033][0034]其中，G为流体质量流速，ρ
f
为液相密度，ρ
g
为汽相密度，G
g
为液相流量，G
f
为汽相流量，μ
g
为液相粘性系数，μ
f
为汽相粘性系数，T
s
为水侧饱和温度，T
f
为液相温度。
[0035]进一步的，水侧膜态沸腾换热关系式根据流量进行选择，具体为：
[0036]G≤271.24kg/(m2·
s)，采用Bromely关系式计算如下：
[0037][0038]G＞271.24kg/(m2·
s)，采用Groneveld关系式计算如下：
[0039][0040]其中，h为内表面传热系数，λ
g
为汽相导热系数，g为重力加速度，ρ
g
为汽相密度，μ
g
为液相粘性系数，ρ
f
为液相密度，T
w
为壁面温度，T
s
为水侧饱和温度，h'
fg
为汽化比焓，D为管道直径，G为流体质量流速，c
pg
为汽相比热容，Y为修正系数，x为平衡含汽率，D
e
为当量直径。
[0041]进一步的，水侧过热蒸汽换热采用Sider-Tate关系式，具体为：
[0042][0043]其中，Nu为努塞尔数，Re为雷诺数，Pr为普朗特数，μ为粘性系数，μ
w
为壁面粘性系数。
[0044]具体的，步骤S2中，钠侧换热系数采用Westinghouse棒束关系式：
[0045][0046]适用于任意棒束排布，且
[0047][0048]适用于任意棒束排布，且
[0049][0050]适用于任意棒束排布，且
[0051]具体的，步骤S3中，采用移动边界法对发生CHF的网格再划分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.提高钠冷快堆系统程序中蒸汽发生器换热计算性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、根据蒸汽发生器水力部件控制体划分方式，采用固定网格法确定蒸汽发生器热构件网格划分，计算CHF位置；S2、判定各网格换热模式，针对单相液换热、核态沸腾、膜态沸腾和过热蒸汽工况，分别计算各网格换热系数h；S3、基于固定网格，使用CHF可移动边界模型对发生CHF现象的控制体再次网格划分，重新计算上、下热构件的换热系数；S4、设置边界条件，重复以上步骤，分别计算每个网格下一时间步换热系数，最终求得每一时刻蒸汽发生器的换热量。2.根据权利要求1所述的提高钠冷快堆系统程序中蒸汽发生器换热计算性能的方法，其特征在于，步骤S1中，CHF点在网格中的具体位置为：其中，p表示钠侧，ΔL为CHF位置距前一个网格的距离，T
p,CHF
为发生CHF时钠侧控制体温度，T
s
为水侧饱和温度，T
p,i
为钠侧控制体i的温度，U为综合传热系数，r
i
为传热管内半径，W
p
为钠侧流体质量流量，C
p
为钠的比热容。3.根据权利要求1所述的提高钠冷快堆系统程序中蒸汽发生器换热计算性能的方法，其特征在于，步骤S2中，固定网格水侧换热模式判定采用平衡含汽率Xe和CHF位置，逻辑如下：(1)Xe≤0，网格为单相对流换热；(2)0＜Xe＜1，且网格在CHF发生前，网格为核态沸腾换热；(3)0＜Xe＜1，且网格在CHF发生后，网格为膜态沸腾换热；(4)Xe≥1，网格为过热蒸汽换热。4.根据权利要求3所述的提高钠冷快堆系统程序中蒸汽发生器换热计算性能的方法，其特征在于，水侧单相对流换热关系式根据流型选择，具体为：对于层流，即Re<2300，选择Sellars关系式进行计算：对于湍流，即Re≥2300，选取Dittus-Boelter公式进行计算：Nu＝0.023Re
0.8
Pr
0.4
其中，k
f
为液相热导率；D
h
为管道的水力直径，h为内表面传热系数，Nu为努塞尔数，Re为雷诺数，Pr为普朗特数。5.根据权利要求3所述的提高钠冷快堆系统程序中蒸汽发生器换热计算性能的方法，其特征在于，水侧核态沸腾换热采用Chen关系式，具体为：h
TP
＝Fh
mac
+Sh
mic
其中，h
mac
为宏观对流项换热系数；F为雷诺数因子；h
mic
为微观沸腾项换热系数；S为抑制因子。

【专利技术属性】
技术研发人员：葛莉，单建强，刘东，吴攀，单嘉润，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：