蓄能器泄压过程的动态模拟.pdf

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1、第39卷第3期化工机械329蓄能器泄压过程的动态模拟董兵．1魏文韫1帅剑云2余徽1周秀1席向峰(1．四川大学化学工程学院；2．中科华核电技术研究院)擒耍针对高温高压条件下蓄能嚣快速泄压过程进行动态模拟。结果表明：初始液位与压力的增加导致蓄能器最终温度、压力上升；研究条件下，散热损失对过程影响较小；HNE模型最测值与文献试验值误差较小更适于本体系的计算。关键词蓄能器两相流喷嘴流动模型动态模拟中圈分类号TQ051．5文献标识码A文章编号0254-6094(2012)03-03294)7核电站主蒸汽管道断

2、裂(MSLB)是核电站假想设计基准事故之一，当核电厂发生MSLB时，蒸汽流量在事故的初期突然增大，导致压力的下降，蒸汽流量也逐渐减少⋯。MSLB会使局部热负荷过大损害堆芯燃料元件，破口处会释放放射性物质到环境中导致严重的后果。为了保障核电厂的安全，主蒸汽隔离阀必须在5s之内实现完全关闭，如果主蒸汽隔离阎不能有效关团，该事故持续发展可能会导致类似福岛堆芯熔化的严重事故。目前。由于验证国内主蒸汽隔离阁安全功能的流体阻断试验(FlowInterruptionTest)装置缺乏，导致主蒸汽隔离阀无法国产化。

3、为验证主蒸汽隔离阀能否实现预设的安全功能，用简化的蒸发器模型——蓄能器进行动态模拟，可为该问题的解决提供理论指导。随着核反应堆的出现，出于安全分析的需要，针对气体、蒸汽和液相的紧急泄压装置设计方法及计算软件H“。已被广泛采用。同时，两相临界流的研究逐渐引起了学术界的重视，提出大量的试验报告与理论分析模型，典型的有：均匀平衡模型、Moody平衡滑移模型及Henry—Fauske非平衡模型等¨“J。陈玉宙等p3通过试验对比研究得出结论：对于低欠热度或低含气率区域，在较高压力下Hen．ry．Fauske模

4、型可较满意地预测临界流率；进口含气率超过0．14时，均匀平衡模型可较好地预测临界流率。王洲和余金权¨叫对低含汽量工况下的流动过程进行了研究，认为两相临界流中的加速度很大，重力影响完全可以忽略。ParkHS等¨¨通过试验对高压下不凝性气体对流动的影响研究得出，随着压力与进口过冷液体的增加临界质量流率增加，但不可压缩气体的增加会导致临界质量流率迅速下降。郭迎利等¨副通过试验得到过热度一定时，初始水温的变化对闪蒸过程水温随时间的变化影响不大。水位高度增加，液体温度下降的速度减缓，闪蒸结束后水温越高。Liu

5、JH等¨副的研究表明在喉管变形处的非平衡区域随着进口过冷度的增加而增加。SimonU和Bern-bachB¨41则使用水作为工质进行了阀门紧急泄压的试验，得到了蓄能器压降与放气时间的关系。笔者对蓄能器紧急泄压过程使用动态流程模拟¨毛”1的方法对不同初始液位和壁面散热对泄压过程的影响进行了研究，并基于热力学平衡和非平衡模型用动态漉程模拟的方法进行对比计算，为试验设计提供参考依据。1数学模型1．1热力学模型模拟采用SRK热力学模型，该模型是在RK·董兵，男，1986年11月生。硕士研究生。四川省成都市，

6、610065。330化工机械2012矩方程的基础上对高温高压流体的修正方程：RT∞P2F万一可丽其中口=0．42747R2贮／p。，b=0．08664RT,／v。，a=[1+k(1一贮。5)]2，k=0．48+1．574ra—O．176t02，式(1)中t为砖缶界温度(K)，P。为稿界压力(e-)，甜为偏心因子。对于本体系的工质水，其临界温度、临界压力与偏心因子分别为647．3K、2．21287×107Pa和0．344。图l与图2为SRK方程计算出的压力、饱和水热焓值与数据手册的值进行对比。在饱和水

7、蒸气温度278．15—553．15K范围内，计算数据与真实状况的热焓误差在1％以内，压力误差低于0．7％；553．15—633．15K以内，热焓误差在5．55％以内，压力误差低于0．12％；温度超过633．15K，则热焓误差迅速增大，在可查的条件下647．15K，热焓误差接近20％。由于计算任务工况压力小于2．01x107Pa，温度低于639．55K．在此范围内，热力学方程的误差小于10％。图1SRK方程压力计算压力数据与物化数据手册的对比圉2SRK方程计算的饱和水热焓数据与物化数据手册的对比1．2

8、喷嘴流动模型1．2．1均匀平衡(HEM)模型HEM模型的基本假设为：两相流速相等越。=u。=u；汽液两相均处于热平衡条件下；物性遵循等熵过程变化；混合物性按髫进行加权平均。则可得出HEM模型的控制方程。连续性方程：錾：。害一上(2)叩“动量方程：一dv=6adv．+(盅)ⅡdL+(叱g)dg(3)能量方程：A／／+掣垡+gAz；g一∞(4)式中Ⅳ——流速，m／a；t，．——有效动能比容，n13／kg；”，两相有效动量比容，皿3／kg；I，广_两相平均含率比容，m3／k