船用蒸汽发生器倒流特性研究

The natural circulation ability is significant for the nuclear power plant (NPP) in terms of passive safety, and reducing noise level. But, during the natural circulation test of the primary loop, it is shown that the single phase flow in parallel U-tubes of SG can be instability, and reverse flow occurs within some U-tubes, which decreases the natural circulation flow, and the natural circulation even cannot be established in some case, the NPP safety is under the big challenges. The main tasks are as follows: (1)the flow and heat transfer and the reverse flow in the U-tubes of marine steam generator will be investigated experimentally, theoretically and numerically; (2)combining the working characters of the marine SG, the effects of ocean conditions on reverse flow in SG primary side are discussed; (3)for the purpose of reduce reverse flow, the optimization design of a certain type of marine SG is carried out, and the optimization scheme is preliminarily demonstrated. The results obtained in this work can improve the safety operation level of the marine nuclear power plant, and reduce the blindness of design and operation, which has important theoretical meaning and national defense value.

核动力装置的自然循环能力对保障反应堆非能动安全功能及降低运行噪音等方面都具有非常重要的意义。但是在一回路系统自然循环试验时发现，蒸汽发生器（SG）部分倒U型管发生倒流现象，导致系统自然循环流量降低，曾发生一回路系统无法建立自然循环的情况，极大地挑战了反应堆的安全性。本项目拟针对该问题进行研究如下：⑴通过实验研究、理论分析和数值计算等方法，获得船用蒸汽发生器一次侧流动传热的特征以及倒流发生、发展的规律；⑵结合船用蒸汽发生器的工作特点，分析海洋条件和舰船机动条件对倒流特性的影响；⑶针对一类船用蒸汽发生器，以减少倒流流量为目的，研究蒸汽发生器优化方法和理论。相关成果可以提高船用核动力装置的运行安全水平，减少设计和运行的盲目性，具有重要的理论意义和国防价值。

核动力装置的自然循环能力对保障反应堆安全、实现其非能动安全功能及降低运行噪音等方面都具有非常重要的意义。但是相关自然循环试验表明，蒸汽发生器部分倒U型管内发生倒流现象，导致系统自然循环能力下降，挑战了反应堆的安全性。针对上述问题，本项目综合应用实验研究、理论分析和数值计算等方法，结合船用蒸汽发生器的特点，分析蒸汽发生器倒U型管内倒流发生和发展的规律及影响因素，并以减少倒流流量为目的，研究蒸汽发生器优化方法。具体内容如下：.⑴在前期研究的基础上，设计了船用蒸汽发生器实验段，改造现有实验台架，并采用准稳态的实验方法研究蒸汽发生器U型管内的倒流现象，获得了蒸汽发生器U型管内正流和倒流相互转换过程的特征参数及其关键影响因素；.⑵综合采用理论分析方法、CFD软件和系统程序，系统地分析倒流现象及其影响因素，进而提出蒸汽发生器一次侧单相流动不稳定性判断准则，并以此为依据编制了蒸汽发生器一次侧倒流分析程序，为系统运行特性分析和蒸汽发生器优化设计提供了技术支持；.⑶针对船用蒸汽发生器特殊的使用环境，将海洋和机动条件对倒流的影响分为两部分来研究，即对倒流临界点的影响和对倒流流量的影响，进而获得了海洋和机动条件对倒流的影响规律；.⑷分析了倒流现象对系统自然循环能力的影响规律，结合实验研究成果，将倒流的影响分为影响冷热源位差和影响等效阻力系数，并建立了定量分析模型，为系统自然循环运行安全分析提供了理论指导；.⑸综合利用上述研究成果，以减缓倒流为目的，提出非对称U型管设计方案，并进行了初步验证分析，结果表明，该方案改善了倒流的临界条件，提高了自然循环回路的冷热源位差，在一定程度上能缓解倒流现象，有利于提高装置自然循环能力。.本课题的研究成果不仅为船用核动力装置非能动安全分析和蒸汽发生器减少甚至消除倒流的优化设计提供理论依据，还为进一步提高船用核动力装置自然循环能力提供了改进方向，具有重要的科学意义和军事价值。