[发明专利]基于CFD技术的非能动余热排出冷凝器位置优化设计方法

说明书

本发明公开了一种基于CFD技术的非能动余热排出冷凝器位置优化设计方法，该方法流程包括：建立几何模型、网格划分、加载热分析模型和流体模型、设置边界条件、初始化并计算、结果及后处理。本发明采用CFD技术手段仿真计算非能动余热排出冷凝器流动换热情况，根据冷凝器管内外换热系统、冷凝器热通量、冷却水箱流场及温度场，确定冷凝器最优布置位置，相比传统的试验方法，本方法仿真计算具有成本低、速度快等优势。

技术领域

本发明涉及非能动余热排出冷凝器位置的优化设计，具体地指一种基于CFD技术的非能动余热排出冷凝器位置优化设计方法，属于流动换热仿真计算技术领域。

背景技术

海洋核动力平台二次侧非能动余热排出系统功能是利用反应堆和蒸汽发生器、蒸汽发生器和非能动余热排出冷凝器布置位差和介质密度差产生驱动压头建立的自然循环，将反应堆停堆后的堆芯衰变热和显热持续导出。

非能动余热排出冷凝器布置位置会影响其换热性能，从而影响系统余热排出功能。现有技术主要靠试验及经验判断其最优位置，由于试验费用昂贵且周期长，工程经验具有不确定性，

发明内容

本发明目的在于克服上述现有技术的不足而提供一种基于CFD技术的非能动余热排出冷凝器位置优化设计方法，该方法采用CFD技术手段仿真计算出非能动余热排出冷凝器流动换热情况，根据冷凝器管内外换热系统、冷凝器热通量、冷却水箱流场及温度场等参数，确定冷凝器最优布置位置。

实现本发明目的采用的技术方案是一种基于CFD技术的非能动余热排出冷凝器位置优化设计方法，该方法包括：

S1、建立非能动余热排出冷凝器和冷却水箱三维几何模型；

S2、对非能动余热排出冷凝器和冷却水箱三维耦合模型进行网格划分；

S3、选择模型模拟流动传热、换热管外蒸发及管内冷凝，并设置边界条件及初始条件，计算并得出非能动余热排出冷凝器和冷却水箱三维耦合模型的温度分布和相变云图，统计壁温、流速等参数，得出换热系数及换热功率；

S4、改变非能动余热排出冷凝器在冷却水箱中的相对位置，根据上述步骤得出最大换热系数及换热功率，选取最优布置位置。

本发明方法通过利用流体力学软件Fluent建立计算模型，对非能动余热排出冷凝器和冷却水箱三维耦合模型进行数值计算，节约时间及试验成本，根据计算结果，调整非能动余热排出冷凝器在冷却水箱相对位置，得出非能动余热排出冷凝器运行时换热器最大热功率及其最佳布置位置，验证系统配置是否满足换热性能要求，同时获得最优布置方案。相比传统的试验方法，本发明仿真计算具有成本低、速度快、易得到最优布置位置的优势。此外，还能获取非能动余热排出冷凝器运行时的流动换热机理，如气泡运动、热分层等。

附图说明

图1为本发明基于CFD技术的非能动余热排出冷凝器位置优化设计方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，本发明基于CFD技术的非能动余热排出冷凝器位置优化设计方法包括以下步骤：

S1、采用CATIA建立三维模型

S1.1、根据冷却水箱模型尺寸采用CATIA软件建立1:1冷却水箱实际三维模型，水箱为长方体，长度为17400mm，宽度为1200mm，高度为11004mm；需要设计的参数还包括水箱内冷却淡水液位，其值为9500mm。

S1.2、在冷却水箱中相应位置采用CATIA建立非能动余热排出冷凝器实际三维模型，换热管为“C”型结构，换热管规格为Φ35×2.5，换热管有效长度为2m，换热管根数为37根。

S2、利用ICEM软件划分结构化网格