蒸汽发生器传热管一、二次侧耦合换热及管外过冷沸腾数值研究

王成龙，丛腾龙，王泽勇，田文喜，秋穗正，苏光辉，安洪振

(1.西安交通大学 能源与动力工程学院，陕西 西安 710049；2.环境保护部 核与辐射安全中心，北京 100082)

在蒸汽发生器运行过程中，二次侧常伴有复杂的两相流动，会明显改变工质流动和传热特性，对蒸汽发生器的安全性与可靠性造成很大影响。近年来，蒸汽发生器二次侧两相流动沸腾现象研究备受关注。

目前，对蒸汽发生器二次侧流动沸腾的研究大多基于实验，所得实验关联式的局限性较大。也有研究者采用数值模拟方法对蒸汽发生器二次侧流动沸腾进行了研究，大多采用RETRAN、RELAP5和THERMIT等系统程序，但这些程序基本采用一维或简化多维模型，并不能提供蒸汽发生器二次侧的局部流场信息。鉴于此，本工作应用大型商用CFD软件ANSYS CFX 12.0，采用两流体欧拉数学模型并结合Kurual等[1]提出的RPI壁面沸腾模型，对蒸汽发生器二次侧带梅花孔板的两相流动进行模拟，并与一次侧、管壁进行耦合传热计算。

1 数学物理模型

过冷沸腾的多维数值分析计算常采用两流体欧拉数学模型进行，其对气相和液相分别求解一套质量、动量、能量守恒方程，同时考虑气液两相间的传热、传质和动量交换过程。

1.1 两流体欧拉数学模型

质量守恒方程：

ρα·(rαραUα

(1)

动量守恒方程：

ραUα·(rα(ραUα⊗Uα))=

(2)

能量守恒方程：

ραhα·(rα(ραUαhα-λα

(3)

1.2 相间动量交换模型

(4)

(5)

式中：db为气泡平均直径，m；拽力系数CD取决于气泡雷诺数Reb，本文采用Ishii-Zuber关系式[2]计算。

(6)

1.3 相间热量传输模型

相间传热采用双热阻模型，用界面传热系数来描述，习惯上采用无量纲努赛尔数Nu表示传热系数。……