[发明专利]一种大型压水堆核电厂稳压器水封形成过程计算方法

说明书

本发明公开了一种大型压水堆核电厂稳压器水封形成过程计算方法，能够针对大型核电厂在反应堆启动工况下，对其稳压器内部水封形成过程进行三维精细热工水力计算；计算过程为：1、计算区域几何模型建立；2、确立冷凝关系式；3、计算冷凝段温度；4、建立三维冷凝源项；5、流体动力学计算；本发明方法既能够避免对水封结构进行水力验证试验的高成本，又能够保证采用本发明方法进行数值计算所得到的结果的准确性；本发明对水封计算方法的成功建立，能够适用于各类计算流体力学分析程序对稳压器不同工况下水封形成过程进行数值模拟，计算温度、压力分布及水位随时间变化情况；该计算方法适用于其他设备的类似工况。

技术领域

本发明属于大型压水堆核电厂稳压器分析技术领域，具体涉及一种大型压水堆核电厂稳压器水封形成过程的计算方法。

背景技术

核电厂稳压器是将一回路压力维持在稳定值，调控一回路压力的重要设备。在稳压器安全阀上游设有水封结构，目的是减少稳压器汽相空间的氢气通过安全阀泄漏至卸压箱，减少安全阀下游管线以及稳压器安全阀接管嘴承受的水力载荷，并减缓安全阀温度波动。由于氢气的分子量很小，具有很强的逃逸性，氢气很容易从阀门的缝隙中泄漏到核电厂厂房内，可能导致不可预见的影响和事故。因此，在安全阀前端设置水封阻止氢气泄漏是非常有必要的。

早期的核电厂稳压器水封结构为设置在安全阀上游的一段U型管，内部存有液相水以阻止氢气泄漏。在反应堆正式运行前，要对稳压器安全阀进行安全起跳试验。U型管式水封结构在安全阀开启瞬间，会对安全阀下游管线以及稳压器安全阀接管嘴造成较大的水力载荷。为了减小稳压器安全阀开启时安全阀接管嘴及下游管线承受的水力载荷，大型先进压水堆核电厂稳压器中将水封结构安装到稳压器上封头内部(图1)。

大型先进压水堆核电厂稳压器中的新型水封结构是否满足设计要求，对核电厂的安全运行至关重要。为了完善相关工程设计验证资料，提高自主核心设计能力，需要对不同工况下的稳压器水封形成过程及关键参数如温度、压力、液位高度等进行分析。

国内外研究

在水封结构和水封形成过程分析方面，已开展的研究较少。Reynolds研究了U型管水封如何阻止下水道秽气进入房中，并被应用于建筑行业。Lima等人开展了减少稳压器安全阀水力载荷的试验，试验发现加热U型管水封结构中的水，使其获得较高温度，在稳压器阀门开启瞬间，水封中的水由于闪蒸的作用变成了气体，气体通过管道的载荷比低温液体通过管道的载荷小得多。但上述研究都针对U型管式水封结构，对大型先进压水堆核电厂稳压器的新型水封结构并不适用。

在包含不凝性气体的蒸汽冷凝方面，国内外均开展过相关研究。Colburm和Hougen发展了冷凝量由穿过不凝性气体层的浓度梯度决定的理论。Che，Da和Zhuang基于这一理论开展了管内湿空气的蒸汽-水传热传质试验。Revankar和Pollock应用CFD程序预测了竖直管中存在不凝性气体情况下的层流膜状凝结并与试验结果进行了对比。Moukalled等人采用CFD程序预测并优化了空调设备的性能。

综上，目前国内外研究者对包含不凝性气体的冷凝方面进行了大量研究，对U型管式水封结构也有一些研究，但根据调研，针对大型先进压水堆核电厂稳压器新型水封结构及其水封形成过程，目前仍存在较大空白。常用的试验研究方法和一维简化处理方法，存在着成本高、精度低、可视性差等不足，均不能较好的获得水封形成过程关键参数。需要提出一种三维水封形成过程计算方法，获得不同工况下的稳压器水封形成过程及关键参数。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种大型压水堆核电厂稳压器水封形成过程计算方法，既能够避免对水封结构进行水力验证试验的高成本，又能够保证采用本发明方法进行数值计算所得到的结果的准确性；本发明对水封计算方法的成功建立，能够适用于各类计算流体力学分析程序对稳压器不同工况下水封形成过程进行数值模拟，计算温度、压力分布及水位随时间变化情况。该计算方法适用于其他设备的类似工况。