液态金属快堆螺旋管蒸汽发生器一、二次侧耦合传热数值研究 - 刘佳伦; 宁亮; 林金鹏; 辛杰; 李敏; 李会雄 (核技术, 2024)
TL353+.13; 螺旋管蒸汽发生器是液态金属快堆中能量传递的核心设备,其运行的稳定性、安全性对核电站的运行有至关重要的影响.为此,本文构建了液态金属快堆螺旋管蒸汽发生器一次侧、二次侧耦合传热的三维数值模型,分别基于经济合作与发展组织核能署(The Organisation for Economic Co-operation and Development,OECD/NEA)物性手册和美国国家标准与技术研究院(National Institute of Standards and Technology,NIST)数据库建立液态金属和水-水蒸气变物性计算关联式,采用Lee相变模型计算二次侧水-水蒸气蒸发过程中两相间的质量传递.基于实验数据,分别对本文模型一次侧传热以及二次侧传热的计算可靠性进行了验证.最后以铅铋快堆为例,研究了不同一次侧进口参数下蒸汽发生器一、二次侧之间的耦合传热特性,并与传统水冷堆进行了对比.结果表明:在同等条件下,相比于传统水冷堆,一次侧采用铅铋液态金属时,一、二次侧之间的壁面热流密度明显提升,热流密度峰值可达1 439.97 kW?m-2,比水冷堆相应数值提升5～6倍,这导致二次侧管内气相蒸发过程明显加剧,体积含气率急剧上升;同时,一、二次侧之间的沿程热流密度分布更加不均匀,沿程热流密度分布相对偏差值比水冷堆相应数值增大3～4倍.随着一次侧进口铅铋温度从350℃增大到450℃,一、二次侧之间的壁面热流密度随之增大,对应的热流密度峰值从950.7 kW?m-2增大到1 439.97 kW?m-2,提升约1.5倍,同时一、二次侧之间的沿程热流密度分布更加不均匀,不均匀度增大20%.