CFD软件在核电站改进设计中的应用

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1、CFD软件在核电站改进设计中的应用汤志勇高亚甫（中广核工程设计有限公司，广东深圳518045）[摘要]通过对目前国际、国内核电设计中主流计算流体力学商业软件的介绍，引入CFD热流分析软件在核电工程设计中的应用，列举了CFD软件在电站“死管段”工程改造，地坑滤网工程改造，波动管防热分层研究，以及大型换热设备性能数值分析中的应用。通过分析比较给出这类软件的适用范围，并给出其在核电站设计阶中的应用建议。[关键词]CFD；死管段；地坑滤网；波动管；核电站设计ApplicationsofCFDsoftwareinnuclea

2、rpowerplantreformdesignGAOYa-fuTangZhi-yong(ChinaNuclearPowerEngineeringDesignCompany,ShenzhenGuangdong,China)[Abstract]CommonCFD(computerfluiddynamic)commercialsoftware,usedinnuclearpowerplantdesignbothathomeandabroad,isintroduced.Theapplicationexamplesofthat

3、softwareinclude:“stillpipesegment”reconstruction,recirculationsumpscreenreconstruction,preventingthermalstratificationinpressurizersurgeline,andothernumericalsimulationinlargeheattransferequipments.Thesuitscopeofthesoftwareisanalyzedandsomeapplicationsuggestio

4、nsaregiveninnuclearpowerplantdesign.[Keyword]CFD;deadleg;recirculationsumpscreen;pressurizersurgeline;nuclearpowerplantreformdesign1前言随着电子计算机和计算流体力学（ComputerFluidDynamic，简称CFD）的迅猛发展，CFD数值模拟己逐渐成为工程设计的一个重要的辅助手段。早期的CFD商业软件对我国是禁运的，特别是在一些高科技领域，如航空、航天、核能技术等领域，计算流体的使

5、用较为敏感。随着上世纪90年代PHOENICS软件对中国的解禁，CFX，FLUENT，STAR-CD等软件相继在中国设立代理商。可以说近年来，商业软件的普遍应用，使得CFD技术达到前所未有的兴旺发达期。与此同时，随着近年来世人对清洁能源的认识与要求逐渐增加，世界的核电技术也从多年的停滞期全面进入恢复期。核电站设计的重要性势必提上日程。但福岛事件等重大事故的发生也告诫核电业界需始终保持警钟长鸣，对核电站的安全、质量要求有增无减。由于核电站设计的特殊安全要求，其系统设计与常规电站有所不同，主要体现在：a）核电站系统、设

6、备安全要求较高；b）系统流体工质参数高；c）所用采用的设备非标件较多，并且多数大型设备缺乏实验数据，或者难以开展试验；d）系统、设备需要开展瞬态设计计算。由于以上原因，常规电站的一些设计选型方法难以满足核安全设计要求。因此需要用先进的计算方法取代传统设计对系统、设备进行精细化设计；需要开展瞬态计算以代替试验，以减少昂贵的试验费用。应对此，近年来各类基于3D可视化的CFD商业软件在核电设计中大范围地得到应用。这些软件常见于以下设计领域：1）反应堆热工水力分析；2）系统、设备局部瞬态安全分析；3）各类电站改进项中流体系

7、统热敏感区域的优化计算；4）电站环境影响分析（包括烟羽扩散分析，水体温度影响等）下一节将列举部分具有代表性的设计计算，并对其建模方法和设计计算结果做出描述、评价。最后总结CFD商业软件在核电设计中的优势和不足，并给出此类软件的应用建议。2应用实例1.1RRA进口“死管段”改进“死管段”现象是指部分与一回路直接相连的管道，在正常运行期间被两端的隔离阀或逆止阀隔离，“死管段”内的流体处于静止状态。当一回路升温升压及正常运行的过程中，由于“死管段”中压力较低，水的饱和温度也较低，较低压力的水会被一回路侧隔离阀加热蒸发产生

8、水－汽两相，导致管道、阀瓣、阀座发生腐蚀。“死管段”现象早在80年代中期EDF（法国电力集团）就开展研究，但实际用于电站的改进方案经过一番论证、实践后直到90年代末才最终定型。国内相关研究起步较晚，大亚湾核电站在90年代末实施了改进，但对于机理的深入研究以及新改进方案的探索尚未见国内有报道。图1改进前阀瓣表面温度分布图2阀瓣腐蚀照片以CPR1000型核电站为