CN107220451A - 一种高温气冷堆汽水分离器数值模拟的计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高温气冷堆汽水分离器数值模拟的计算方法，其步骤包括：首先，利用GAMBIT建立与实物比例1:1的计算域，划分网格，指定与实际设计参数相一致的计算边界条件，输出Mesh文件；其次，启动FLUENT三维单精度求解器，读入并检查网格文件，选择计算模型，求解连续相流场，并对计算结果进行后处理；再次，引入离散相模型，创建离散相喷射源(射流源)，设定边界条件，采集取样信息；最后，进行相间耦合迭代计算，并应用Origin和Tecplot软件对结果进行后处理，分析讨论计算结果。本发明提供了一种汽水分离参数的计算方法，用于考察高温气冷堆汽水分离器对不同干度和液滴粒径分布的入口蒸汽的汽水分离效果。

Description

一种高温气冷堆汽水分离器数值模拟的计算方法

技术领域

本发明涉及一种高温气冷堆汽水分离器数值模拟的计算方法。

背景技术

高温气冷堆汽水分离器在核电行业被广泛使用，对蒸汽和水进行有效分离，使蒸汽和疏水分别进入凝汽器，达到核电厂正常水循环的目的。同时，汽水分离器在运行中还承受机组负荷突变、旁路切换等引起的压力和温度剧变，这些剧变可能给汽水分离器带来损害。如果不能正常工作，直接导致循环水不能被分离，蒸汽和疏水无法进入凝汽器，直接影响整个水循环系统，因此，高温气冷堆汽水分离器对整个系统至关重要。为保证整体系统设计合理，控制汽水分离效果，通常采用人工调试的方法，目前尚无合适的理论计算方法，无法确定分离率等汽水分离参数。本发明旨在解决这一问题，考察高温气冷堆汽水分离器对不同干度和液滴粒径分布的入口蒸汽的汽水分离效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高温气冷堆汽水分离器数值模拟的计算方法，通过这种方法考察高温气冷堆汽水分离器对不同干度和液滴粒径分布的入口蒸汽的汽水分离效果。

本发明的一种高温气冷堆汽水分离器数值模拟的计算方法，具体步骤为：

步骤1、利用GAMBIT建立与实物比例1:1的计算域，划分网格，指定与实际设计参数相一致的计算边界条件，输出Mesh文件；

步骤2、启动FLUENT三维单精度求解器，读入并检查网格文件，选择计算模型，求解连续相流场，并对计算结果进行后处理；

步骤3、引入离散相模型，创建离散相喷射源或射流源，设定边界条件，采集取样信息；

步骤4、进行相间耦合迭代计算，并应用Origin和Tecplot软件对结果进行后处理，分析讨论计算结果。

进一步地：所述步骤1中，利用GAMBIT建立与实物比例1:1的计算域的具体方法为依据汽水分离器二维图纸，利用GAMBIT建立与实际设备相同尺寸的流体域。

进一步地：所述步骤2中选择的计算模型为数值模拟采用Simple算法，对液滴颗粒运动轨迹采用DPM(Discrete Particle Model)模型，对蒸汽湍流过程采用RNG k-ε双方程湍流模型，模型考虑液滴颗粒间由于碰撞引起的破碎和聚并效应，同时考虑气相对液滴的剪切破碎作用。

进一步地：所述步骤3中的边界条件主要为模拟过程中采用不同的壁面条件，在DPM选项中Boundary Cond.Type为wall-film，Number Of Splashed Drops设为3。

进一步地：所述步骤4中的相见耦合迭代计算的具体步骤为：

步骤41、计算连续相流场；

步骤42、计算从每个喷射源开始的颗粒轨道，从而在计算域中引入离散相；

步骤43、使用已经得到的颗粒计算结果中的相间动量、热量和质量交换项重新计算连续相流场；

步骤44、计算修正后的连续相流场中的颗粒轨迹；

步骤45、重复上述两个步骤，直到获得收敛解，结果收敛时，连续相与离散相的计算结果都不会因为继续耦合计算而发生改变。

有益效果：利用CFD(Computational Fluid Dynamics)软件模拟汽水分离器工作过程，考察高温气冷堆汽水分离器对不同干度和液滴粒径分布的入口蒸汽的汽水分离效果，解决了尚无理论计算方法的问题；本发明以计算流体力学为理论基础，以计算流体力学软件和数据分析软件为工具，可以得到同一入口干度下，汽水分离器的分离效率随着液滴直径的增大而提高；应用DPM模型对液滴行为进行模拟，耦合迭代计算出的分离效率高于同种工况下非耦合计算出的分离效率，并且，耦合迭代方法考虑二次携带现象时模拟出的结果更加接近实际情况；在非耦合计算过程中选择了计算结果比较保守的非弹性碰撞“reflect”边界条件，入口干度高于65％时，出口干度能保证高于85％。

附图说明

图1为本发明的一个方式的方法流程图；

图2为本发明的相间耦合计算流程图；

图3为本发明的一个实施方式的汽水分离器的网格物理模型。

具体实施方式

具体实施方式1：结合图1和图3说明本实施方式。本实施方式的高温气冷堆汽水分离器数值模拟的计算方法，如图1所示，具体步骤为：

步骤1、依据汽水分离器二维图纸，利用GAMBIT建立与实际设备相同尺寸的流体域，划分网格，如图3所示，指定与实际设计参数相一致的计算边界条件，输出Mesh文件；

步骤2、启动FLUENT三维单精度求解器，读入并检查网格文件，选择RNG k-ε双方程湍流模型为计算模型，设定边界条件：速度入口，压力出口条件，在湍流参数的指定方法中选择Intensity and Hydraulic Diameter设置湍流强度和水力直径，求解连续相流场，并对压力与速度分布情况进行后处理；

步骤3、引入离散相模型，创建离散相喷射源(射流源)，设定边界条件：模拟过程采用不同的壁面条件，DPM选项中Boundary Cond.Type为wall-film，Number Of SplashedDrops设为3，采集取样信息；

步骤4、进行相间耦合迭代计算，并应用Origin和Tecplot软件对结果进行后处理，分析讨论计算结果。

具体实施方式2：本实施方式根据具体实施方式1所述的一种高温气冷堆汽水分离器数值模拟的计算方法，数值模拟采用Simple算法，对液滴颗粒运动轨迹采用DPM(Discrete Particle Model)模型，对蒸汽湍流过程采用RNG k-ε双方程湍流模型；在DPM模型中考虑液滴颗粒间由于碰撞引起的破碎和聚并效应，同时考虑气相对液滴的剪切破碎作用。

具体实施方式3：结合图2说明本实施方式，本实施方式根据具体实施方式1所述的一种高温气冷堆汽水分离器数值模拟的计算方法，步骤4中的相间耦合迭代的计算如图2所示，具体步骤为：

步骤41、计算连续相流场；

步骤42、计算从每个喷射源开始的颗粒轨道，从而在计算域中引入离散相；

步骤43、使用已经得到的颗粒计算结果中的相间动量、热量和质量交换项重新计算连续相流场；

步骤44、计算修正后的连续相流场中的颗粒轨迹；

步骤45、重复上述两个步骤，直到获得收敛解，结果收敛时，连续相与离散相的计算结果都不会因为继续耦合计算而发生改变。

Claims (5)

1.一种高温气冷堆汽水分离器数值计算方法,其特征在于，包括如下步骤:

步骤1、利用GAMBIT建立与实物比例1:1的计算域，划分网格，指定与实际设计参数相一致的计算边界条件，输出Mesh文件；

步骤2、启动FLUENT三维单精度求解器，读入并检查网格文件，选择计算模型，求解连续相流场，并对计算结果进行后处理；

步骤3、引入离散相模型，创建离散相喷射源或射流源，设定边界条件，采集取样信息；

步骤4、进行相间耦合迭代计算，并应用Origin和Tecplot软件对结果进行后处理，分析讨论计算结果。

2.如权利要求1中所述高温气冷堆汽水分离器数值模拟的计算方法，其特征在于，步骤1中，利用GAMBIT建立与实物比例1:1的计算域的具体方法为依据汽水分离器二维图纸，利用GAMBIT建立与实际设备相同尺寸的流体域。

3.如权利要求1中所述高温气冷堆汽水分离器数值模拟的计算方法,其特征在于，步骤2中选择的计算模型为，对液滴颗粒运动轨迹采用DPM模型，对蒸汽湍流过程采用RNG k-ε双方程湍流模型。

4.如权利要求1中所述高温气冷堆汽水分离器数值模拟的计算方法，其特征在于，步骤3中的边界条件主要为模拟过程中采用不同的壁面条件，在DPM选项中Boundary Cond.Type为wall-film，Number Of Splashed Drops设为3。

5.如权利要求1中所述高温气冷堆汽水分离器数值模拟的计算方法，其特征在于，步骤4中的相间耦合迭代的计算的具体步骤为：

步骤41、计算连续相流场；

步骤42、计算从每个喷射源开始的颗粒轨道，从而在计算域中引入离散相；

步骤43、使用已经得到的颗粒计算结果中的相间动量、热量和质量交换项重新计算连续相流场；

步骤44、计算修正后的连续相流场中的颗粒轨迹；

步骤45、重复上述两个步骤，直到获得收敛解，结果收敛时，连续相与离散相的计算结果都不会因为继续耦合计算而发生改变。