(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111402013.8 (22)申请日 2021.11.19 (71)申请人 西安交通大 学 地址 710049 陕西省西安市碑林区咸宁西 路28号 (72)发明人 田文喜　曾春杰　王明军　章静　 秋穗正　苏光辉　 (74)专利代理 机构 西安智大知识产权代理事务 所 61215 代理人 何会侠 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/28(2020.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 113/08(2020.01)G06F 119/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 核动力系统带轴流式预热器蒸汽发生器运 行特性分析方法 (57)摘要 本发明公开了一种核动力系统带轴流式预 热器蒸汽发生器运行特性 分析方法， 1、 依据计算 目标对蒸汽发生器结构进行简化进而确定计算 域； 2、 由确定的计算域 建立相应的几何模型并划 分网格； 3、 建立轴流式预热器结构方程捕捉已划 分蒸汽发生器二次侧网格区域； 4、 采用网格标记 法标记出轴流式预热器结构， 实现带轴流式预热 器结构蒸汽发生器的模拟； 5、 基于上述 建立的模 型开展带轴流式预热器蒸汽发生器的热工水力 计算， 根据计算结果的精度判断是否需要对步骤 2中的网格进行加密细化处理， 直到模型满足计 算要求。 本发 明为设计蒸汽发生器中的轴流式预 热器以及运行提供参 考。 权利要求书2页 说明书5页 附图2页 CN 114065436 A 2022.02.18 CN 114065436 A 1.一种核动力系统带轴流式预热器蒸汽发生器运行特性分析方法， 其特征在于： 步骤 如下： 步骤1： 分析蒸汽发生器内部的流动传热 过程， 确定计算 域并建立几何模型： 蒸汽发生器二次侧流体的流动过程为： 二次侧流体经给水装置流入下降环段， 流动方 向向下； 在下降环段底部的环形缺口处流入U 型管束区， 流动方向改变为向上； 经过U 型管束 区换热后二次侧 流体变成气液两相， 最终进入汽水分离器； 蒸汽发生器一次侧 流体的流动 过程为： 流体从入口下腔室向上流经管板， 然后被管板分配给一次侧的每一根U型管； 一次 侧流体在U 型管管内流动过程中与二次侧流体发生换热， 然后从U 型管出口端 经过管板汇 集 到出口腔室后流出； 由此， 对蒸汽发生器计算域确定为： 二次侧包含下降环段区、 U 型管束区 和汽水分离器入口区域， 其中给水入口设置即蒸汽发生器给水水位， 设置在下降环段的顶 部； 一次侧包括入口下腔室、 管板、 U 型管束区和出口下腔室； 然后采用几何建模 软件对上述 计算域建立几何模型， 其中上述U型 管束区和管板建模简化 为一个整体倒U型通道； 步骤2： 对步骤1建立的几何模型进行网格划分， 建立蒸汽发生器计算域的网格模型， 需 要保证整体网格的中心轴与z轴重合， 便于后续网格标记； 其中， U 型管束区和管板区的网格 处理为多孔介质模型； 步骤3： 分析蒸汽发生器中所使用的轴流式预热器的结构， 确定实现方法： 轴流式预热 器在蒸汽发生器中的主要 结构由两部分组成， 一是安装在蒸汽发生器冷侧的下降环段的半 圆柱形双层套筒， 二是安装在蒸汽发生器U型管束区冷、 热侧交界处的一块中央隔板； 上述 两部分结构使得从蒸汽发生器下降环段至U 型管束区中央隔板高度处 区域的二次侧流体在 各自冷侧或热侧区独立流动换热， 提高了一、 二侧平均换热温差， 实现强化传热； 根据上述 特点， 在蒸汽发生器网格下降环段区域和U型管束区中央区域设置固体区域实现二次侧 流 体在各自冷侧或热侧区独立 流动换热功能； 步骤4： 网格标记法实现蒸汽发生器的轴流式预 热器结构： 依据轴流式预 热器结构， 网格标记区域有 U型管束区和下降环段区两 部分， 分别如下： U型管束区中央隔板网格标记： 假设U型管束区半径为Rt， U型管束区底部平面位于z＝z0平面， x＞0为蒸汽发生器热侧， 反之为蒸汽发生器冷侧， 在所述U型管束区建立一个厚δt， 高h的中央隔板， 其 网格标记模型 为： 其中， x， y， z为网格的坐标位置， 需要注意中央隔板的厚度不得小于该区域的最小网格 尺寸； 满足上述 位置关系的网格即被标记为中央隔板； 下降环段双 层套筒网格标记： 假设不同高度下， 下降环段内环半径为Rid(z)， 轴流式预热器的半圆柱形双层套筒 半径 为Ra(z)， 在所述下降环段区建立一个与下降环段等高的双层套筒结构， 其网格标记模型 为：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114065436 A 2和 其中， δr为下降环段区域单一网格的厚度； 以上为蒸汽发生器中轴流式预热器结构的网格标记模型， 对原始蒸汽发生器网格标记 完成后， 将标记 区域由流体区域转换为固体区域， 同时上述转换使下降环段顶部的给水入 口被隔离成两部 分， 将双层套筒包围区域设置为冷侧入口， 其余部 分为热侧入口； 通过步骤 2至步骤4， 完成了带轴流式预 热器蒸汽发生器的网格模型的建立； 步骤5： 带轴流式预 热器结构的下降环段阻力系数定义： 基于多孔介质模型建立的蒸汽发生器数值模型， 网格划分较为粗糙， 无法反映下降环 段的轴流式预 热器结构引入的额外阻力， 需在模型中引入相对应的阻力系数实现； 步骤6： 带轴流式预 热器蒸汽发生器热工水力参数计算： 对建立的带轴流式预热器蒸汽发生器的网格模型， 基于计算流体力学模型， 开展热工 水力数值计算， 所得计算结果与试验结果开展误差 分析， 当精度满足要求时， 则带轴流式预 热器蒸汽发生器的网格模 型建立成功， 当精度不满足时， 返回步骤2， 调整网格， 进 行网格加 密操作， 然后继续后续操作， 反复迭代， 直至满足计算精度要求。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114065436 A 3