核电站热工水力CFD分析方案及案例.pptx
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1、核电站热工水力CFD分析方案及案例1大纲背景与需求分析基于CFD的研究分析方案简介应用实例价值与优势小结2核电站系统原理图一回路(核岛)二回路(常规岛)安全注射系统主蒸汽系统反应堆冷却剂系统安全壳喷淋系统化学和容积控制系统凝结水给水系统事故给水系统循环水系统主蒸汽排放系统3核电站的废物处理系统4核电一二回路系统运行过程中介质会有水汽水汽相变相变的复杂过程。设备启停、调阀过程中,系统中会出现汽锤、水汽锤、水锤、气穴锤、气穴等不利现象,一定的危害性,设计时需进行考虑,满足安全准则要求。泵的调速/切换、阀的动态调节是由控制系统控制系统实现的,如何考虑控制系统对热流体系统工作特性的影响。系统中加压泵、
2、流量调节阀、孔板等各类关键部件在系统中的工作系统中的工作特性特性及其匹及其匹配性配性。复杂管网如何设计孔板或调阀,使管网各用户流量均满足设计要求,即流量配流量配平问题平问题。系统可靠性设计问题可靠性设计问题对工程师来说,也是一项非常严峻的挑战,如安全壳非能动冷却系统。物理试验存在固有局限性,如试验周期长、试验成本高、难以搭建试验台等,如何通过仿真获得更多的数据通过仿真获得更多的数据。需求分析5泵、阀泵、阀等设备性能能否满足设计要求,避免出现调试时才发现设备问题的现象。设计阶段,蒸汽发生器蒸汽发生器等换热器无法提供实验数据,如何进行性能预测。如何提高燃料棒燃料棒的换热系数,尽可能地提高换热效率。
3、地震时,水箱内水的晃动水的晃动是否会造成常压水箱损坏。需求分析(续)6大纲背景与需求分析基于CFD的研究分析方案简介应用实例价值与优势小结7核电站是一个庞大的、复杂的系统,涉及到成千上万台设备,如堆芯压力容器、换热器、泵、阀等按照物理问题进行分类,可分为:(1)管网系统水力、热工问题;(2)普通流动问题,如管道流、阻力(加压)设备流等(3)高速流动问题,如液体气蚀现象、气体超声速等(4)换热问题,如热交换器、堆芯等(5)两相流问题(无相变),如地震时箱体晃动、非满管流动等(6)相变问题,如蒸汽发生器、冷凝器等(7)蒸汽问题,如大气排放阀、稳压器卸压箱等 核电CFD问题分类8(1)管网系统水力、
4、热工问题通用管网水力软件,如PipeNet、AFT等通用管网水力热工软件,如Flowmaster、Relap5等(2)普通流动问题通用CFD软件,如FLUENT、CFX、STARCD等行业专用CFD软件,如泵阀专用软件Pumplinx等(3)高速流动问题通用CFD软件,如FLUENT、CFX、STARCD等(4)换热问题通用CFD软件,如FLUENT、CFX、STARCD等专用CFD软件,如FLOTHERM、RADTHERM等各种问题的仿真解决方案9(5)两相流问题通用CFD软件,如FLUENT、CFX、STARCD等专用软件,如气液界面专家软件Flow3D,气(液)固专家软件EDEM等(6)
5、相变问题气固、液固问题,可采用通用CFD软件,如FLUENT、CFX、STARCD等气液相变问题采用FLUENT、STARCD等商业软件或自开发程序(7)蒸汽问题无相变可采用通用CFD软件有相变时,需开发程序嵌入蒸汽物性,基于焓进行求解,需自开发程序或基于商业软件进行二次开发各种问题的解决方案10专业化、工程化的CFD解决方案FloEFD:全球领先的同步CFD分析方案,完全嵌入MCAD系统中之中,直接使用原始结构模型,自动识别、建立流体域,自动划分网格,支持迭代式分析与优化设计FloTHERM:电子冷却主导的专业CFD软件,全球电子散热CFD分析70%以上的市场占有率,行业规范与事实标准Flo
6、VENT:舱室、HVAC与建筑流场CFD分析专家,可开展浓度扩散、通风效能、污染物移除效能、温度、湿度、对流、传导、热辐射的热效应、舒适度等分析PumpLinx:运动机械CFD模拟专家,内置各类泵、阀、风扇与压缩机模板,提供转子区动网格模板,自适应笛卡尔网格技术,具备完备的空化与汽蚀模型Flow-3D:通用CFD软件,功能全面,自由液面模型的提出者,处理液面晃动与非满流问题的首选Flowmaster:热流体系统仿真软件,应用领域涵盖核电一、二回路主辅系统,国内外核电工业广泛应用11Flowmaster简介Flowmaster是专业的热流体系统仿真软件,美国Mentor Graphics公司产品
7、。通过系统仿真帮助工程师设计、验证、优化复杂的流体系统:压力,温度,流量,传热量,干度等参数预测稳态/瞬态流动换热分析不可压缩流体&可压缩流体 液体&气体,空调系统部件选型与系统匹配分析汽液相变两相流分析求解器数据库+专业版本系数矩阵迭代求解元件库(400多类)、物性库、脚本库、超过20000小时的物理试验数据库能源电力版:大量能源电力行业的专用元件,如蒸汽发生器、冷凝器、闪蒸箱、过热器、锅炉、疏水阀12众多的泵阀模板参数化建模使仿真过程简洁、高效!参数化建模使仿真过程简洁、高效!PumpLinx是美国Simerics公司针对泵、阀数值模拟而开发的一款CFD软件,用于预测流动及空化状况。Pum
8、plinx简介13Flow3D介绍耦合液体晃动 容器的动力学液体晃动:液体相对容器的运动容器:水瓶、油箱等尤其专注于箱体的液体晃动14EDEM-Fluent耦合方案及应用 EDEM可以和Fluent进行耦合,在颗粒级别上对气固/液固两相流动进行模拟;该耦合增强了CFD模拟多相流的能力,如:粒径分布、颗粒形状、颗粒的运动、颗粒的碰撞、颗粒表面状况等,适用于固相浓度0%100%15MpCCI(Mesh-based parallel Code Coupling Interface)由德国SCAI开发,SCAI下属于Fraunhofer-Gesellschaft(弗劳恩霍夫应用研究促进协会)德国也是欧
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