一种液态金属直流蒸汽发生器腔室换热系数计算方法技术

本发明专利技术公开了一种液态金属直流蒸汽发生器腔室换热系数计算方法，包括以下步骤：建立液态金属直流蒸汽发生器腔室几何模型；对液态金属直流蒸汽发生器腔室模型进行网格划分，得到各部分的网格模型，并进行边界条件设置；进行合理的初始化与边界条件修正；在液态金属直流蒸汽发生器腔室区域内进行计算；开展多工况计算，并拟合获得温度、压力等敏感性参数影响，获得拟合关系式。本发明专利技术方法能够运用计算流体力学手段对液态金属直流蒸汽发生器腔室复杂结构开展数值模拟计算，并获得考虑工况条件影响的换热系数拟合关系式，可以进一步提升液态金属直流蒸汽发生器一维程序模拟精度。金属直流蒸汽发生器一维程序模拟精度。金属直流蒸汽发生器一维程序模拟精度。

【技术实现步骤摘要】
一种液态金属直流蒸汽发生器腔室换热系数计算方法


[0001]本专利技术属于核反应堆热工水力计算
，具体涉及一种液态金属直流蒸汽发生器腔室换热系数计算方法。

技术介绍

[0002]液态金属直流蒸汽发生器是核反应堆动力系统中至关重要的组成部分，是将反应堆一次侧的热量向二次侧传递的重要枢纽。蒸汽发生器作为示范快堆主传热系统的关键设备之一，其作用是将热量从反应堆的二回路系统传输到三回路，生成满足要求的过热蒸汽，并作为液态金属和水/蒸汽的隔离屏障。蒸汽发生器的性能和安全直接决定了示范快堆的性能指标和安全指标能否满足要求。
[0003]液态金属直流蒸汽发生器腔室上的传热系数是力学评定时的重要输入参数之一。在蒸汽发生器一维程序开发中，通常采用传统经验关系式(圆管)求解蒸汽发生器进出口腔室复杂结构内传热系数，该方法存在一定误差。同时，进出口区域复杂结构也没有完全适用的传热经验关系式可供选择。
[0004]基于上述原因，采用CFD分析方法模拟真实结构及物理条件，获得各工况条件水侧进出口区域内的传热系数，对液态金属直流蒸汽发生器的程序开发以及优化设计等工作均有重要意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种液态金属直流蒸汽发生器腔室换热系数计算方法，该方法能够运用计算流体力学手段对液态金属直流蒸汽发生器腔室复杂结构开展数值模拟计算，并获得考虑工况条件影响的换热系数拟合关系式，可以进一步提升液态金属直流蒸汽发生器一维程序模拟精度。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]本专利技术方法采用计算流体力学软件模拟多工况下液态金属直流蒸汽发生器内部流动，获得液态金属直流蒸汽发生器腔室设计工况下换热系数；通过边界条件偏离情况与换热系数偏离情况建立关系的方式考虑不同工况条件的影响。
[0008]一种液态金属直流蒸汽发生器腔室换热系数计算方法，包括如下步骤：
[0009]步骤1：建立液态金属直流蒸汽发生器腔室计算域几何模型，包括液态金属直流蒸汽发生器接管内部流体域几何模型、液态金属直流蒸汽发生器传热管内部流体域几何模型以及液态金属直流蒸汽发生器腔室内部流体域几何模型，具体步骤如下：
[0010]步骤1
‑
1：运用几何模型建立软件建立液态金属直流蒸汽发生器接管内部流体域几何模型，其中对液态金属直流蒸汽发生器入口腔室建立液态金属直流蒸汽发生器入口接管内部流体域几何模型，对液态金属直流蒸汽发生器出口腔室建立液态金属直流蒸汽发生器出口接管内部流体域几何模型；
[0011]步骤1
‑
2：运用几何模型建立软件建立液态金属直流蒸汽发生器传热管内部流体
域几何模型；
[0012]步骤1
‑
3：运用几何模型建立软件建立液态金属直流蒸汽发生器腔室内部流体域几何模型，其中对液态金属直流蒸汽发生器入口腔室建立液态金属直流蒸汽发生器入口腔室内部流体域几何模型，对液态金属直流蒸汽发生器出口腔室建立液态金属直流蒸汽发生器出口腔室内部流体域几何模型，腔室流体域外围壁面与接管内部流体域连接，腔室流体域顶部壁面与传热管内部流体域连接；
[0013]步骤2：在步骤1中得到的液态金属直流蒸汽发生器腔室计算域几何模型的基础上进行网格划分，具体步骤如下：
[0014]步骤2
‑
1：建立简化液态金属直流蒸汽发生器腔室计算域几何模型与网格模型，获得网格模型建立方法；
[0015]步骤2
‑
2：进行液态金属直流蒸汽发生器入口和出口接管流体域的网格划分，得到液态金属直流蒸汽发生器入口和出口接管内部流体域的网格模型，具体地，运用网格划分软件在步骤1
‑
1中得到的液态金属直流蒸汽发生器入口和出口接管内部流体域几何模型的基础上进行六面体网格划分；
[0016]步骤2
‑
3：进行液态金属直流蒸汽发生器传热管内部流体域的网格划分，得到液态金属直流蒸汽发生器传热管内部流体域网格模型，具体地，运用网格划分软件在步骤1
‑
2中得到的液态金属直流蒸汽发生器传热管内部流体域几何模型的基础上进行六面体网格划分；
[0017]步骤2
‑
4：进行液态金属直流蒸汽发生器腔室内部流体域的网格划分，得到液态金属直流蒸汽发生器腔室内部流体域网格模型，具体地，运用网格划分软件在步骤1
‑
3中得到的液态金属直流蒸汽发生器入口和出口腔室内部流体域几何模型的基础上进行四面体网格的划分；
[0018]步骤3：将步骤2得到的三部分网格模型进行网格拼接，对交界面网格进行节点对应得到完整的计算网格，具体地，将步骤2中得到的液态金属直流蒸汽发生器腔室内部流体域网格模型和液态金属直流蒸汽发生器传热管内部流体域网格模型的交界面，以及液态金属直流蒸汽发生器入口和出口接管内部流体域的网格模型的交界面设置为网格交界面，通过节点对应将交界面设置为网格模型的内部面；
[0019]步骤4：在液态金属直流蒸汽发生器网格模型范围内进行模拟计算，获得液态金属直流蒸汽发生器腔室设计工况下换热系数，具体步骤如下：
[0020]步骤4
‑
1：对于液态金属直流蒸汽发生器入口腔室，将液态金属直流蒸汽发生器入口接管内部流体域网格模型边界设置为入口边界，对于液态金属直流蒸汽发生器出口腔室，将液态金属直流蒸汽发生器出口接管内部流体域网格模型边界设置为出口边界；
[0021]步骤4
‑
2：对于液态金属直流蒸汽发生器入口腔室，将液态金属直流蒸汽发生器传热管内部流体域网格模型边界设置为出口边界，对于液态金属直流蒸汽发生器出口腔室，将液态金属直流蒸汽发生器传热管内部流体域网格模型边界设置为入口边界；
[0022]步骤4
‑
3：对于液态金属直流蒸汽发生器入口和出口腔室，将液态金属直流蒸汽发生器腔室内部流体域网格模型边界设置为等温壁面边界；
[0023]步骤4
‑
4：依据设计工况条件设置液态金属直流蒸汽发生器入口和出口腔室网格模型入口边界位置处混合物中水和蒸汽的比例、混合物的速度、压力以及混合物的温度；
[0024]步骤4
‑
5：依据设计工况条件设置液态金属直流蒸汽发生器入口和出口腔室网格模型出口边界位置处混合物的压力；
[0025]步骤4
‑
6：依据设计工况条件设置液态金属直流蒸汽发生器入口和出口腔室网格模型壁面边界位置处热流密度，该边界设置为恒定热流密度边界；
[0026]步骤4
‑
7：求解混合物的质量、动量、能量及组分输运方程，得到液态金属直流蒸汽发生器腔室流体域的混合物速度场、温度场以及组分浓度场，其中求解组分浓度场的组分输运方程为：
[0027][0028]其中：
[0029]ρ——混合物的密度，kg/m3；
[0030]Y
i
——混合物本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种液态金属直流蒸汽发生器腔室换热系数计算方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1：建立液态金属直流蒸汽发生器腔室计算域几何模型，包括液态金属直流蒸汽发生器接管内部流体域几何模型、液态金属直流蒸汽发生器传热管内部流体域几何模型以及液态金属直流蒸汽发生器腔室内部流体域几何模型，具体步骤如下：步骤1
‑
1：运用几何模型建立软件建立液态金属直流蒸汽发生器接管内部流体域几何模型，其中对液态金属直流蒸汽发生器入口腔室建立液态金属直流蒸汽发生器入口接管内部流体域几何模型，对液态金属直流蒸汽发生器出口腔室建立液态金属直流蒸汽发生器出口接管内部流体域几何模型；步骤1
‑
2：运用几何模型建立软件建立液态金属直流蒸汽发生器传热管内部流体域几何模型；步骤1
‑
3：运用几何模型建立软件建立液态金属直流蒸汽发生器腔室内部流体域几何模型，其中对液态金属直流蒸汽发生器入口腔室建立液态金属直流蒸汽发生器入口腔室内部流体域几何模型，对液态金属直流蒸汽发生器出口腔室建立液态金属直流蒸汽发生器出口腔室内部流体域几何模型，腔室流体域外围壁面与接管内部流体域连接，腔室流体域顶部壁面与传热管内部流体域连接；步骤2：在步骤1中得到的液态金属直流蒸汽发生器腔室计算域几何模型的基础上进行网格划分，具体步骤如下：步骤2
‑
1：建立简化液态金属直流蒸汽发生器腔室计算域几何模型与网格模型，获得网格模型建立方法；步骤2
‑
2：进行液态金属直流蒸汽发生器入口和出口接管流体域的网格划分，得到液态金属直流蒸汽发生器入口和出口接管内部流体域的网格模型，具体地，运用网格划分软件在步骤1
‑
1中得到的液态金属直流蒸汽发生器入口和出口接管内部流体域几何模型的基础上进行六面体网格划分；步骤2
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3：进行液态金属直流蒸汽发生器传热管内部流体域的网格划分，得到液态金属直流蒸汽发生器传热管内部流体域网格模型，具体地，运用网格划分软件在步骤1
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2中得到的液态金属直流蒸汽发生器传热管内部流体域几何模型的基础上进行六面体网格划分；步骤2
‑
4：进行液态金属直流蒸汽发生器腔室内部流体域的网格划分，得到液态金属直流蒸汽发生器腔室内部流体域网格模型，具体地，运用网格划分软件在步骤1
‑
3中得到的液态金属直流蒸汽发生器入口和出口腔室内部流体域几何模型的基础上进行四面体网格的划分；步骤3：将步骤2得到的三部分网格模型进行网格拼接，对交界面网格进行节点对应得到完整的计算网格，具体地，将步骤2中得到的液态金属直流蒸汽发生器腔室内部流体域网格模型和液态金属直流蒸汽发生器传热管内部流体域网格模型的交界面，以及液态金属直流蒸汽发生器入口和出口接管内部流体域的网格模型的交界面设置为网格交界面，通过节点对应将交界面设置为网格模型的内部面；步骤4：在液态金属直流蒸汽发生器网格模型范围内进行模拟计算，获得液态金属直流蒸汽发生器腔室设计工况下换热系数，具体步骤如下：步骤4
‑
1：对于液态金属直流蒸汽发生器入口腔室，将液态金属直流蒸汽发生器入口接管内部流体域网格模型边界设置为入口边界，对于液态金属直流蒸汽发生器出口腔室，将
液态金属直流蒸汽发生器出口接管内部流体域网格模型边界设置为出口边界；步骤4
‑
2：对于液态金属直流蒸汽发生器入口腔室，将液态金属直流蒸汽发生器传热管内部流体域网格模型边界设置为出口边界，对于液态金属直流蒸汽发生器出口腔室，将液态金属直流蒸汽发生器传热管内部流体域网格模型边界设置为入口边界；步骤4
‑
3：对于液态金属直流蒸汽发生器入口和出口腔室，将液态金属直流蒸汽发生器腔室内部流体域网格模型边界设置为等温壁面边界；步骤4
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4：依据设计工况条件设置液态金属直流蒸汽发生器入口和出口腔室网格模型入口边界位置处混合物中水和蒸汽的比例、混合物的速度、压力以及混合物的温度；步骤4
‑
5：依据设计工况条件设置液态金属直流蒸汽发生器入口和出口腔室网格模型出口边界位置处混合物的压力；步骤4
‑
6：依据设计工况条件设置液态金属直流蒸汽发生器入口和出口腔室网格模型壁面边界位置处热流密度，该边界设置为恒定热流密度边界；步骤4
‑
7：求解混合物的质量、动量、能量及组分输运方程，得到液态金属直流蒸汽发生器腔室流体域的混合物速度场、温度场以及组分浓度场，其中求解组分浓度场的组分输运方程为：其中：ρ——混合物的密度，kg/m3；Y
i
——混合物中的第i相质量份额，％；——混合物的速度，m/s；t——时间,s；D
i,m

【专利技术属性】
技术研发人员：王成龙，杨宇鹏，张大林，田文喜，苏光辉，秋穗正，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：