蒸汽发生器二次侧流场特性及传热管流致振动研究

来源 :天津大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yanlian2008
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研究蒸汽发生器二次侧流场内的流体流速、温度和汽液分布等特性,获取湍流激振力等用于进一步研究传热管流致振动及微动磨损研究的数据,对于蒸汽发生器的设计指导及安全运行具有重要意义。
  本文首先基于“单元管”模型,将其与多孔介质模型结合提出了嵌入式混合模型,研究了二次侧流场内的流体流速、温度和汽液分布规律。结果表明,蒸汽发生器二次侧的水发生恒温沸腾,冷热两侧的最大含汽率分别达0.73和0.97,差异明显;管束区外侧的传热管具有较高的流致振动失效风险,尤其是入口和弯管附近。使用嵌入式混合模型获得了危险位置传热管的详细流场数据,为传热管动力学响应分析提供了基础数据。
  其次研究了蒸汽发生器冷热两侧给水比和总功率对二次侧流场的影响。结果表明,冷热两侧给水比例从1∶1变化到1∶4,热侧沸腾起始点上升0.3m而冷侧下降约1m,但对弯管段影响不大;30%功率,两侧沸腾起始高度分别上升了4m和3m,但汽化量不足,120%功率时两侧汽液分布差异扩大。实际运行时应适当降低功率并增加热侧给水量以改善流动状况和两相分布。
  最后,分别用梁单元和壳单元模拟传热管和防振条,使用功率谱密度函数将横向流速与流体密度数据转化为动态湍流激振力并加载至传热管上。应用显式动力学进行了传热管振动与微动磨损的非线性动力学分析计算。结果表明,防振条对传热管的支撑效果近似于简支,管束外侧传热管振幅大于内侧传热管,且随着弯管半径的减小,两侧差异变小。传热管磨损失效危险点主要分布于热侧,选择失效风险较大的五根传热管进行微动磨损分析,最大磨损量为管壁厚度的35.32%,未超过管壁厚40%的最大允许磨损量;调整防振条支撑间隙模拟磨损深度的变化,结果表明,传热管面内方向振幅变化不明显,局部最大磨损功率具有一定的自限性,传热管磨损深度逐渐趋缓。相关结果可为蒸汽发生器的设计、运行及管束的寿命预测提供参考依据。
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