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c型热交换器一、二次侧双自然循环耦合特性实验研究

C型热交换器一、二次侧双自然循环耦合特性实验研究

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作者：袁永龙华北电力大学(北京)

学位级别：硕士

AP1000作为具有代表性的第三代核电技术,主要依靠非能动安全系统来达到预防和缓解事故的目的。非能动余热排出热交换器(PRHRHX)和内置换料水箱(IRWST)作为非能动余热排出系统(PRHRS)最核心的设备,其安全、高效运行对于堆芯余热的排出非... 详细信息

AP1000作为具有代表性的第三代核电技术,主要依靠非能动安全系统来达到预防和缓解事故的目的。非能动余热排出热交换器(PRHRHX)和内置换料水箱(IRWST)作为非能动余热排出系统(PRHRS)最核心的设备,其安全、高效运行对于堆芯余热的排出非常重要。本实验研究以第三代先进压水堆AP1000核电站的非能动余热排出系统为主要参考对象,根据比例分析结果,尽可能地按照原型系统的结构布置形式,设计和搭建了 PRHR自然循环换热实验台架,其中c型热交换器一次侧、二次侧工质均为自然循环流动。依托该实验台架,模拟c型热交换器在内置换料水箱中的传热过程,完成了 c型热交换器在不同水位工况下的换热实验。本实验研究重点关注了 c型热交换器一次侧的温度变化情况、水箱内整体温度场分布及热分层现象,实验结果表明,不同压力下一次侧温度变化趋势类似,换热过程中,水箱内的热分层现象逐渐明显,但在水平方向上,同一高度位置处的流体温度变化不大。另外,还研究了换热管束一次侧的自然循环特性、内外壁面的温度变化规律,换热管束二次侧在单相自然对流阶段和两相沸腾阶段的传热特性。通过计算发现c型热交换器换热管内传热系数随着传热过程的推进变化不大,二次侧不同管束区域的传热形式并不相同,不同换热阶段,换热管束的传热形式也会发生转变,水箱内同时存在着自然对流传热和过冷沸腾传热两种传热形式。

关键词： c型热交换器内置换料水箱自然循环热分层传热系数

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AP1000非能动余热排出系统一、二次侧耦合传热特性实验研究

AP1000非能动余热排出系统一、二次侧耦合传热特性实验研究

引用

作者：邱志民华北电力大学(北京)

学位级别：硕士

在第三代先进核反应堆AP1000及cAP1400中,非能动余热排出系统(PRHRS)的引入对反应堆的安全有着至关重要的作用。在全厂断电事故(SBO)工况下,非能动余热排出系统中非能动余热排出热交换器(PRHR HX)、内置换料水箱(IRWST)、堆芯冷却剂流... 详细信息

在第三代先进核反应堆AP1000及cAP1400中,非能动余热排出系统(PRHRS)的引入对反应堆的安全有着至关重要的作用。在全厂断电事故(SBO)工况下,非能动余热排出系统中非能动余热排出热交换器(PRHR HX)、内置换料水箱(IRWST)、堆芯冷却剂流道及相关管道形成自然循环回路依靠冷段与热段的密度差非能动地将一回路余热排出至二次侧热阱内置换料水箱,实现反应堆的降温、降压和长期冷却。所以,非能动余热排出系统安全、稳定、高效地运行能够保障事故工况下反应堆的安全,防止事故的扩大和升级。现有关于非能动余热排出系统的研究以工程验证试验为主,重点关注该系统在事故工况下的传热能力是否满足实际工程需求,对局部传热机理及一、二次侧耦合自然循环特性研究较少。鉴于局部传热机理和一、二次侧耦合自然循环特性在事故工况下对非能动余热排出系统安全、稳定地运行同样十分重要,将通过实验的方法对其进行研究。以AP1000为参考对象,搭建整体缩比一、二次侧耦合的自然循环回路实验台架,研究反应堆内置换料水箱及关键部件PRHRHX的传热机理、一、二次侧耦合自然循环特性,获得IRWST和PRHR HX的温度场分布和局部传热系数、自然循环过程各个参数的变化,揭示了自然循环过程的传热机理及一、二次侧耦合特性。基于缩比实验,对PRHRHX特殊形状的c型传热管束竖直段、上部水平段、下部水平段传热特性进行深入研究,并基于实验数据验证自然对流条件下c型传热管束竖直段和下部水平段的传统经验关系式,并提出了更适用于该实验数据的修正关系式。此外,实验结果表明,自然循环过程中换料水箱内竖直方向热分层现象十分明显,然而在水平方向上温度差异较小。最后,基于实验结果,对自然循环过程一、二次侧耦合自然循环特性进行分析。在自然循环建立的过程中,二次侧传热机理发生从自然对流向核态沸腾转变及传热管之间搅混作用的增强等因素会促进换热器传热性能的提升,一次侧冷却效果的增加会使得管内流体密度增加,自然循环回路冷段与热段密度差的增加会促进一回路流量的增大,而流量的增大也会进一步促进换热器换热性能的增加使得一次侧流量陡升,但一次侧流量的增加也会加大流体在自然循环回路的流动阻力,使得一次侧回路流量减小,一次侧流量交替出现升高和降低形成震荡现象,该过程中回路流量总体保持上升的趋势。以上研究对自然循环过程出现的热工水力特性进行了详细、深入研究,为c型传热管束的设计和改进提供重要的实验参考。

关键词：非能动余热排出系统 c型热交换器内置换料水箱自然循环传热系数一、二次侧耦合自然循环特性

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