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真空 ›› 2023, Vol. 60 ›› Issue (6): 15-21.doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2023.06.03

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凝汽器管道壁面泄漏流场数值模拟研究

张红星1, 眭霄翔1, 王海军1, 刘中华1, 陈怀东1, 张海峰2   

  1. 1.中广核检测技术有限公司,江苏 苏州 215004;
    2.北京卫星环境工程研究所,北京 100094
  • 收稿日期:2022-09-02 出版日期:2023-11-25 发布日期:2023-11-27
  • 作者简介:张红星(1981-),男,江苏溧阳人,高级工程师。

Numerical Simulation Study of Leakage Flow Field on the Wall Surface of Condenser Pipe

ZHANG Hong-xing1, SUI Xiao-xiang1, WANG Hai-jun1, LIU Zhong-hua1, CHEN Huai-dong1, ZHANG Hai-feng2   

  1. 1. CGN Inspection Technology Co., Ltd., Suzhou 215004, China;
    2. Beijing Institute of Spacecraft Environment Engineering, Beijing 100094, China
  • Received:2022-09-02 Online:2023-11-25 Published:2023-11-27

摘要: 凝汽器作为核电厂热力循环中的冷却设备,乏汽通过与其内的冷却水进行热交换形成冷凝水以进行再次热力循环。凝汽器所用的海水冷却水一旦泄漏就会对二回路的蒸汽发生器造成污染,进而影响核电站的安全运行。本文针对凝汽器液相泄漏过程的流动特性进行了数值模拟研究,采用Euler-Euler两相流模型和k-ε湍流模型分析了不同流动工况下两相泄漏过程的流场,在常温常压情况下通过粒子图像测速(PIV)对凝汽器冷凝管的泄漏过程进行了可视化测量分析,并与数值模拟作了对比。结果表明:气液两相同时存在于泄漏过程中时,泄漏量与管道内液相流动工况无关,只与管道内外侧压差相关;泄漏的检测时间可设定在发生泄漏后0.003s内,此时泄漏射流附近存在的两个回流涡会导致示踪气体的回流,可能会对示踪气体的传质和对流扩散产生影响;管道内外侧压差为100000Pa情况下,冷却剂泄漏的质量流量约为3.925×10-3kg/s 至9.813×10-3kg/s。

关键词: 核电厂, 凝汽器, 真空射流, 泄漏检测, PIV实验验证

Abstract: Condenser is a cooling device in the thermal cycle of a nuclear power plant. The exhausting steam undergoes heat exchange with the cooling water in the condenser to form condensed water for another thermal cycle. Due to the seawater used as cooling water, the leakage of condenser will lead to pollution of steam generator in the secondary circuit, which will affect the safety of the nuclear power plant. In this paper, the flow characteristics of the liquid phase leakage process of the condenser were studied numerically and experimentally. The leakage jet flow field under different flow conditions was analyzed by Euler-Euler two-phase flow model and k-ε turbulence model. The leakage process was measured and analyzed by particle image velocimetry and compared with numerical simulation results. The results show that the leakage amount is related to pressure difference between the gas space and coolant rather than the liquid phase flow condition in the pipeline during the two-phase leakage. The detection time of the leak can be set within 0.003s, and the existence of two backflow vortexes near the leakage jet will lead to the return of the tracer gas, which may have an impact on the mass transfer and convective diffusion of the tracer gas. For the current case, the mass flow rate of the coolant leakage is about 3.925×10-3-9.813 ×10-3kg/s.

Key words: nuclear power plant, condenser, vacuum jet, leak detection, PIV experimental validation

中图分类号:  TL48;O359+.1

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