蒸汽發(fā)生器一次側(cè)流阻數(shù)值模擬研究

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說明。

蒸汽發(fā)生器一次側(cè)進(jìn)口片面總壓力分布和速度矢量圖如圖3和圖4所示。由圖3的進(jìn)口總壓力分布可以看出下封頭的進(jìn)口接納至傳熱管的壓降較大，說明進(jìn)口片面阻力較大。

蒸汽發(fā)生器一次側(cè)出口片面總壓力分布如圖5所示。由圖5可以看出傳熱管至下封頭的出口接納的壓降不是很大，說明出口片面阻力很小。

2.5.2傳熱管滾動(dòng)特性

由于傳熱管束長(zhǎng)短不一，由于條件所限，無法對(duì)傳熱管全部舉行模擬，本文根據(jù)傳熱管內(nèi)平均流速給定入口流速。分別對(duì)最短的和最長(zhǎng)的傳熱管舉行了數(shù)值模擬，并將二者的模擬結(jié)果取平均值作為傳熱管的壓降。

3結(jié)果分析

3.1阻力分布

采用閱歷公式法和CFD方法計(jì)算得出的蒸汽發(fā)生器一次側(cè)各片面阻力占總流阻的百分譬如圖6和圖7所示。從圖中可知，蒸汽發(fā)生器一次側(cè)阻力主要是傳熱管的沿程阻力，約占蒸汽發(fā)生器一次側(cè)阻力的65%（CFD方法）和51.1%（閱歷公式法），這是由于傳熱管長(zhǎng)度較長(zhǎng)，導(dǎo)致沿程阻力較大；其次是進(jìn)口片面的阻力，占一次側(cè)阻力的31%（CFD方法）和37.3%（閱歷公式法）；出口片面的阻力相對(duì)較低，僅占一次側(cè)阻力的4%（CFD方法）和9%（閱歷公式法）。

蒸汽發(fā)生器一次側(cè)進(jìn)口阻力大于蒸汽發(fā)生器一次側(cè)出口阻力，這是由于蒸汽發(fā)生器一次側(cè)進(jìn)口流速較大，且突擴(kuò)布局的局部阻力系數(shù)相比突縮布局的局部阻力系數(shù)大。

3.2兩種方法阻力計(jì)算結(jié)果的對(duì)比及分析

CFD方法和閱歷公式法計(jì)算的蒸汽發(fā)生器一次側(cè)各片面壓降比較如圖8所示，其中ΔP1為CFD方法計(jì)算壓降平均值，ΔP2為閱歷公式法計(jì)算的壓降。由圖可知，采用CFD方法計(jì)算的傳熱管壓降和采用閱歷公式計(jì)算的傳熱管壓降計(jì)算結(jié)果分外接近，差值約為4%。說明本文在傳熱管流阻數(shù)值模擬時(shí)，采用的方法是穩(wěn)當(dāng)?shù)摹?/p>

對(duì)于蒸汽發(fā)生器進(jìn)口片面及出口片面的壓降，采用CFD方法的計(jì)算結(jié)果和采用閱歷公式法的計(jì)算結(jié)果相差較大。采用CFD方法計(jì)算的進(jìn)口片面壓降為閱歷公式法計(jì)算結(jié)果的61%，采用CFD方法計(jì)算的出口片面壓降為閱歷公式法計(jì)算結(jié)果的29%，其理由分析如下：

1）閱歷公式法中，計(jì)算進(jìn)口片面和出口片面的阻力系數(shù)時(shí)，采用的是突擴(kuò)和突縮布局的阻力系數(shù)計(jì)算公式，該計(jì)算公式是基于狹窄管道截面上流體速度平勻分布和湍流的處境下得出的，該局部阻力系數(shù)取決于窄面積與寬面積的比值。蒸汽發(fā)生器的進(jìn)、出口均位于球封頭上，因此并不屬于典型的突擴(kuò)、突縮布局。典型的突擴(kuò)和突縮布局在滾動(dòng)面積變化處均形成猛烈漩渦，正是這種漩渦存在導(dǎo)致能量耗散從而產(chǎn)生壓降。從蒸汽發(fā)生器進(jìn)口和出口片面流場(chǎng)可知，在進(jìn)口和出口處未存在猛烈旋渦。

2）對(duì)于蒸汽發(fā)生器出口片面，由于存在兩個(gè)出口，在閱歷公式計(jì)算中，采用的是等效截面積方法按突縮布局計(jì)算局部阻力系數(shù)。這種處理方法導(dǎo)致使用閱歷公式計(jì)算的出口片面壓降計(jì)算結(jié)果與CFD方法計(jì)算結(jié)果存在較大區(qū)別。

總體來說，采用閱歷公式計(jì)算蒸汽發(fā)生器進(jìn)、出口片面阻力是一種偏保守的方法。對(duì)于蒸汽發(fā)生器進(jìn)、出口這種特定布局的局部阻力系數(shù)，目前無特定的閱歷公式可用，因此，可在突擴(kuò)和突縮布局阻力系數(shù)計(jì)算公式的根基上舉行必要的修正，以適應(yīng)蒸汽發(fā)生器進(jìn)口和出口的特定布局。

4結(jié)論

1）分別采用閱歷公式法和CFD方法對(duì)蒸汽發(fā)生器一次側(cè)阻力舉行計(jì)算，其中傳熱管沿程阻力占一次側(cè)阻力的主要片面。

2）采用CFD方法計(jì)算阻力時(shí)，采用不同湍流模型對(duì)計(jì)算結(jié)果影響較小。

3）CFD方法模擬傳熱管壓降與閱歷公式法計(jì)算結(jié)果吻合良好。

4）采用閱歷公式方法計(jì)算進(jìn)出口阻力與CFD方法計(jì)算結(jié)果區(qū)別較大，在使用閱歷公式計(jì)算蒸汽發(fā)生器進(jìn)出口阻力時(shí)，應(yīng)舉行必要修正，修正系數(shù)確實(shí)定可根據(jù)CFD模擬結(jié)果并結(jié)合實(shí)測(cè)結(jié)果確定。

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