集管式換熱器流動與換熱特性研究.pdf

1、為了在核電廠發(fā)生嚴重事故時，保證防止放射性物質(zhì)外泄最終屏障的安全殼的完整性，新一代核電廠除了設置能動的噴淋系統(tǒng)之外，還采用了非能動安全殼熱量導出系統(tǒng)來排出安全殼內(nèi)的熱量。非能動安全殼熱量導出系統(tǒng)中的關鍵設備——內(nèi)部換熱器常用的形式是集管式換熱器，其流量分配、流動損失等特性對于系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行以及換熱性能都至關重要，因此有必要針對集管式換熱器流動及換熱特性進行研究。
　　本文主要借助CFD軟件FLUENT對U型、Z型和中心型集管式

2、換熱器聯(lián)箱內(nèi)壓力分布、流量分配、流動損失和換熱性能等進行研究。對于動量恢復型集管式換熱器，當換熱管數(shù)量較少時（如少于30-40根），由于U型布置的流量分配均勻性較Z型布置好，流動損失較中心型布置小，內(nèi)部換熱器布置形式應首選U型；當換熱管數(shù)量較多時，由于中心型布置較U型和Z型流量分配均勻性好，應首選中心型，其次選擇U型布置，避免使用 Z型布置。針對U型布置換熱器聯(lián)箱匹配問題的研究表明，分配聯(lián)箱與匯流聯(lián)箱截面比在0.6左右流量分配效果最佳。

3、另外對變徑這一入口效應的分析表明：U型布置時，變徑可能增強其流量分配均勻性；Z型布置時，變徑易導致?lián)Q熱器內(nèi)部出現(xiàn)倒流現(xiàn)象。
　　中心型換熱器流動特性受分流三通這一入口效應影響較大，故對分流三通的流場進行了可視化實驗和數(shù)值計算?？梢暬瘜嶒炛杏^察到一次渦流和二次渦流的存在，數(shù)值計算中發(fā)現(xiàn)一次渦流是影響中心型換熱器流量不均勻分配的主要因素。調(diào)節(jié)中心節(jié)距（入口兩側(cè)兩根換熱管之間的距離）可以減弱入口效應的影響，在中心節(jié)距為10倍聯(lián)箱直徑時分

4、流三通的影響基本消失。由于入口三通效應可以從一定程度上增強換熱器流量分配均勻性，故中心節(jié)距選擇為6倍聯(lián)箱直徑是比較合適的選擇。對中心型換熱器聯(lián)箱尺寸的研究表明，增大聯(lián)箱直徑可以減小流動損失，增強流量分配均勻性；在換熱管總流通面積與聯(lián)箱橫截面積的比小于4.0時，SEi（用以衡量換熱器整體流量分配均勻性的因子）均小于5.0，聯(lián)箱直徑對于流量分配的影響比較小，且設計時應保證分配聯(lián)箱直徑大于匯流聯(lián)箱直徑。
　　從流動阻力和換熱兩個方面對集