華龍一號(hào)RPV支承結(jié)構(gòu)傳熱優(yōu)化研究

牛昊軒 甘斌 殷琪 鄧朝俊 陳訓(xùn)剛

摘 要

本文通過CFX仿真計(jì)算，分析了華龍一號(hào)RPV支承冷卻結(jié)構(gòu)在不同冷卻空氣流量下的傳熱情況，校核了底板表面溫度是否滿足65℃的設(shè)計(jì)要求。在此基礎(chǔ)上提出了結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案，經(jīng)計(jì)算，相同條件下，優(yōu)化方案的最小冷卻空氣流量下降約30%。

關(guān)鍵詞

RPV支承;傳熱計(jì)算;結(jié)構(gòu)優(yōu)化

中圖分類號(hào)： TG115.57;TM623? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.19.008

1 概述

RPV支承結(jié)構(gòu)是反應(yīng)堆的重要部件之一，其主要功能包括：

（1）固定反應(yīng)堆壓力容器，限制其平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng);

（2）承受反應(yīng)堆本體及其相關(guān)設(shè)備和介質(zhì)的重量載荷，并將這些載荷傳遞給混凝土基座等。支承結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，需進(jìn)行支承結(jié)構(gòu)冷卻的計(jì)算分析，以期驗(yàn)證其是否能滿足支承結(jié)構(gòu)的冷卻要求，即使底板的溫度不超過65℃。

本文基于CFX仿真計(jì)算法，對(duì)支承結(jié)構(gòu)的傳熱情況進(jìn)行了計(jì)算，并給出了優(yōu)化改進(jìn)意見。

2 對(duì)象

華龍一號(hào)RPV支承結(jié)構(gòu)為一個(gè)類環(huán)型對(duì)稱結(jié)構(gòu)，主要由支承環(huán)、通風(fēng)接口、止擋塊、安裝調(diào)整件等組成，模型如圖1所示。

3 原方案?jìng)鳠岱治?/p>

利用CFX對(duì)RPV支承冷卻結(jié)構(gòu)整體和底板（下蓋板）上表面的溫度分布進(jìn)行仿真分析，分析了熱源溫度為125℃，冷卻空氣溫度為15℃時(shí)，不同空氣流量下（900m3/h、1000m3/h、1200m3/h）的傳熱狀況。云圖如圖2至圖4所示。

由圖2可以看出，RPV支承結(jié)構(gòu)壁面的最高溫度為125℃（即熱源面溫度），高溫區(qū)主要位于支座區(qū)域，支座結(jié)構(gòu)的溫度不低于84℃，下蓋板溫度最高不超過70℃。下蓋板上表面的溫度呈現(xiàn)中間低、兩側(cè)高的分布，最高溫度不超過70℃，主要集中在出口內(nèi)側(cè)，即薄擋板與厚擋板之間的區(qū)域，主要由于氣流很難到達(dá)該小空間內(nèi)，到達(dá)出口的氣流都從主流道流出了支承結(jié)構(gòu)腔體，相應(yīng)的混凝土的溫度應(yīng)當(dāng)高于65℃，即不滿足溫度不超過65℃的要求。

由圖3及圖4可以看出，隨著空氣流量的增大，溫度分布特性具有類似規(guī)律，支承結(jié)構(gòu)溫度、下蓋板溫度、下蓋板上表面溫度逐漸降低，當(dāng)空氣流量增大至1200m3/h時(shí)，下蓋板上表面的溫度最高溫度不超過63.18℃，相應(yīng)的混凝土的溫度應(yīng)當(dāng)?shù)陀?5℃，滿足溫度不超過65℃的要求。

4 優(yōu)化方案?jìng)鳠岱治?/p>

根據(jù)以上分析結(jié)論可知，現(xiàn)有結(jié)構(gòu)布置下溫度較高的區(qū)域出現(xiàn)在出風(fēng)口區(qū)域，其主要原因是來自于兩側(cè)的流體匯合后，在其匯合區(qū)域氣流流速較小，而且存在漩渦。另一方面，兩側(cè)的導(dǎo)流板（長(zhǎng)度較長(zhǎng)，而且不與底面接觸的）因?yàn)橄碌酌娌慌c下蓋板接觸，使得氣流偏向外側(cè)流向出口;而且長(zhǎng)度較短的支承板（也有導(dǎo)流作用）與中間導(dǎo)流板間隙較小，氣流流過的阻力較大，這樣導(dǎo)致只有很少一部分氣流流過。

因此，在優(yōu)化方案設(shè)計(jì)中，主要將長(zhǎng)度較長(zhǎng)的導(dǎo)流板和中間導(dǎo)流板向下延長(zhǎng)，使其與下蓋板上表面接觸;另一方面，長(zhǎng)度較短的支承板長(zhǎng)度減小，并增大與中間導(dǎo)流板的間隙。根據(jù)優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)，對(duì)相同條件下的支承冷卻結(jié)構(gòu)底板溫度進(jìn)行了傳熱分析。

優(yōu)化后支承冷卻結(jié)構(gòu)底板的溫度分布規(guī)律與原結(jié)構(gòu)類似，底板最高溫度隨空氣流量的增大而減小，當(dāng)空氣流量為850m3/h時(shí)，底板最高為64.2℃，已滿混凝土溫度低于65℃的要求，當(dāng)空氣流量為1200m3/h時(shí)，底板最高僅為56.7℃。可以看出優(yōu)化方案的冷卻效果明顯高于原方案。

5 結(jié)論

基于CFX仿真分析，開展了熱源溫度125℃，冷卻空氣進(jìn)口溫度15℃的條件下，華龍一號(hào)RPV支承結(jié)構(gòu)的傳熱優(yōu)化研究，得出以下結(jié)論：

（1）原結(jié)構(gòu)為了滿足混凝土溫度使用限值（65℃），單個(gè)出風(fēng)口最小冷卻空氣流量約為1200m3/h。

（2）采用優(yōu)化方案后，相同條件及要求下，單個(gè)出風(fēng)口最小冷卻空氣流量約為850m3/h，下降30%，冷卻效果明顯提升。