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非能动安全壳冷却系统外部流场分析

作　者: 郭建娣
导　师: 韩伟实
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 核能科学与工程
关键词: 非能动安全壳冷却系统 FLUENT 辐射换热 自然对流 喷淋优化
分类号: TL364.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


AP1000是一种先进的“非能动型压水堆核电技术”，但是目前为止，AP1000非能动安全系统的某些重要安全功能还没有获得验证。因此，对AP1000非能动安全系统进行研究是我们消化、吸收并形成有自主知识产权的核电技术的任务之一。AP1000的非能动安全壳冷却系统为电站提供了最终热阱，是保证安全壳完整性的有力保障，而安全壳是设计基准事故中防止放射性物质进入环境的最后一道屏障，因此对非能动安全壳冷却系统的研究及技术再创新显得尤为重要。非能动安全壳冷却系统的主要原理是钢制安全壳内表面的凝结换热和外表面的蒸发换热以及辐射换热和自然对流换热，通过钢制安全壳的导热进行内外的耦合。本文主要研究钢制安全壳的外侧流场，即蒸发换热以及辐射换热和自然对流过程。在现有的安全壳研究中，简化成矩形通道分析的居多，尤其是辐射换热和自然对流方面的研究，没有建立完整的几何模型。本文建立了1:10的二维辐射换热和自然对流模型及喷淋优化模型，进行了完整流道的计算分析。本文应用GAMBIT建立几何模型和网格化计算域，然后使用先进的流体分析软件——FLUENT进行数值模拟。在辐射换热和自然对流模型中，主要分析了通道宽度、空气进流速度及壁面黑度对通道换热的影响，得到了不同条件下整个流道的压力变化云图、温度变化云图、速度变化云图及钢制安全壳外表面的温度分布曲线，然后根据这些参数提出未来的优化方向。在喷淋优化模型中，从广义非能动理念出发提出一种优化设计，即使用我校自主研发的低功率自力式调节阀来控制喷淋水的流量，阀门的开启通过钢制安全壳的外壁面温度来控制。本文使用FLUENT模拟这一优化设计。由于FLUENT没有成型的蒸发模型，因此使用用户自定义函数(UDF)来实现外壁面水膜的蒸发换热过程。这一优化不仅能防止目前设计中事故前期喷淋流量不够大的缺陷，还能保证水的持续性，提高喷淋水的利用率。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第1章 绪论  10-16
  1.1 引言  10
  1.2 非能动安全壳冷却系统的国内外研究现状  10-14
    1.2.1 国外研究现状  10-12
    1.2.2 国内研究现状  12-14
  1.3 课题主要内容  14-16
第2章 AP1000 非能动安全壳冷却系统  16-24
  2.1 系统功能  16
  2.2 系统主要组成设备及部件  16-20
    2.2.1 钢制安全壳  17-18
    2.2.2 安全壳屏蔽构筑物  18
    2.2.3 非能动安全壳冷却水储水箱  18-19
    2.2.4 喷淋相关的部件  19-20
    2.2.5 空气导流板  20
  2.3 系统运行  20-21
  2.4 非能动安全壳冷却系统的传热原理  21-22
    2.4.1 安全壳冷却机理  21
    2.4.2 系统传热过程  21-22
  2.5 本章小结  22-24
第3章 计算模型的建立  24-38
  3.1 物理模型的建立  24-34
    3.1.1 创建几何模型  24-25
    3.1.2 网格化计算域  25-34
  3.2 数学模型  34-37
    3.2.1 基本控制方程  34-35
    3.2.2 湍流模型  35-37
  3.3 本章小结  37-38
第4章 辐射换热模拟分析  38-60
  4.1 离散坐标辐射(DO)模型介绍  38-39
  4.2 浮力驱动流动和自然对流  39-40
    4.2.1 理论知识  39-40
    4.2.2 Boussinesq 近似模型  40
  4.3 计算的设置  40-43
    4.3.1 选择求解器  40-41
    4.3.2 材料属性及边界条件  41-42
    4.3.3 求解器  42
    4.3.4 计算收敛性分析  42-43
  4.4 数值优化  43-44
  4.5 结果分析  44-59
    4.5.1 通道宽度  47-51
    4.5.2 空气进流速度  51-55
    4.5.3 壁面黑度  55-59
  4.6 本章小结  59-60
第5章 喷淋优化设计  60-70
  5.1 降膜冷却理论介绍  60
  5.2 喷淋优化模型介绍  60-61
  5.3 程序编写  61-64
    5.3.1 UDF 简介  61
    5.3.2 程序所用的网格术语  61-62
    5.3.3 程序中的数据类型及宏函数  62-63
    5.3.4 椭球体表面积的计算  63-64
  5.4 计算的设置  64-65
  5.5 结果分析  65-68
  5.6 本章小结  68-70
结论  70-72
参考文献  72-76
致谢  76

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中图分类: > 工业技术 > 原子能技术 > 核反应堆工程 > 反应堆安全与控制 > 反应堆安全 > 安全壳系统
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