AP1000內(nèi)置換料水箱熱工水力特性研究.pdf

1、三代先進壓水堆AP1000引入了非能動余熱排出系統(tǒng)(PRHRs)，內(nèi)置換料水箱(IRWST)是非能動余熱排出系統(tǒng)的關鍵設備之一，非能動余熱排出熱交換器(PRHR HX)、自動降壓系統(tǒng)1-3級噴灑器(ADS sparger)均浸沒在內(nèi)置換料水箱中，事故工況下，非能動余熱排出熱交換器、自動降壓系統(tǒng)噴灑器等設備啟動，非能動地將一回路余熱排出至二次側(cè)熱阱內(nèi)置換料水箱，為反應堆提供應急冷卻，其安全、高效運行對于保證反應堆事故余熱排出工況下，反應堆

2、有效降溫、降壓具有重要作用。
　　本研究以AP1000為主要參考對象，搭建分離效應整體縮比IRWST&PRHRHX&ADS實驗臺架，研究反應堆內(nèi)置換料水箱及其關鍵部件PRHR HX管壁加熱式傳熱、ADS高溫蒸汽噴放式冷凝過程中的熱工水力學特性，獲得IRWST內(nèi)整體三維溫度場、三維速度場分布及局部傳熱系數(shù)，從而揭示關鍵進程傳熱、傳質(zhì)機理，進而把握內(nèi)置換料水箱內(nèi)流體整體、局部的傳熱、流動特性。
　　對于PRHR HX特殊形狀的C

3、型管束傳熱研究，基于IRWST&PRHR HX分離效應縮比實驗，分別對PRHR HX豎直段、上部水平段、下部水平段在單相自然對流階段、兩相沸騰階段傳熱特性進行了深入分析，且基于實驗數(shù)據(jù)驗證了各類傳統(tǒng)半經(jīng)驗傳熱關聯(lián)式對PRHR HX C型管束不同傳熱區(qū)域的適用性。另外，實驗結果表明，在余熱排出進程中PRHR HX持續(xù)加熱作用下，IRWST熱分層現(xiàn)象十分明顯，對應熱分層數(shù)（Str數(shù)）接近1。對此，本研究創(chuàng)新性地在PRHR HX二次側(cè)管束區(qū)新

4、裝不同數(shù)量的導流板以減弱IRWST內(nèi)熱分層程度，并基于實驗數(shù)據(jù)評價該新型導流板設計方案對IRWST對流傳熱特性、三維溫度速度分布，PRHR HX整體、局部傳熱效果的影響。實驗結果表明，PRHR HX二次側(cè)新增導流板方案使得IRWST內(nèi)的熱分層程度降低30％以上，有利于內(nèi)置換料水箱在更長時間內(nèi)對反應堆一回路進行降溫、降壓，保證長期冷卻效果。
　　對于AP1000自動降壓系統(tǒng)噴灑器復雜結構多孔噴放條件下的高溫高壓蒸汽直接接觸式冷凝(D

5、CC)現(xiàn)象，本研究基于IRWST&ADS噴灑器分離效應縮比實驗，研究了內(nèi)置換料水箱內(nèi)整體循環(huán)特性、溫度分布以及自動降壓系統(tǒng)蒸汽噴放條件下的傳熱特性。本研究創(chuàng)新性地采用噴放簡化“集總蒸汽冷凝區(qū)”模型，對復雜結構、多噴孔條件下ADS原型縮比噴灑器噴放冷凝傳熱系數(shù)進行評估計算，實驗結果表明，在IRWST內(nèi)流體相對大過冷度條件下，蒸汽噴放傳熱系數(shù)范圍約為0.6-2.9MW/(m2·℃)。另外，為減弱ADS噴灑器噴放條件下IRWST內(nèi)的熱分層現(xiàn)象

6、，本研究創(chuàng)新地提出了ADS噴頭優(yōu)化方案，通過調(diào)整ADS噴灑器在IRWST內(nèi)的高度位置，改變IRWST內(nèi)整體流動、溫度分布，并采用熱分層準則數(shù)理查德森數(shù)（Ri數(shù)）與熱分層數(shù)（Str數(shù)）預測、評價IRWST內(nèi)的熱分層的形成條件、熱分層程度。實驗結果表明，ADS噴頭位置優(yōu)化方案能夠有效降低IRWST內(nèi)的熱分層程度，有利于長期冷卻階段核電廠的長期、安全、穩(wěn)定運行。
　　本實驗研究對AP1000內(nèi)置換料水箱熱工水力特性進行了詳細、深入的研究