[发明专利]基于CFD的浮动核电站温排水热扩散数值模拟方法

说明书

本发明涉及一种基于CFD的浮动核电站温排水热扩散数值模拟方法，该方法包括：建立温排水三维物理模型；分别向船体四周扩展一定计算范围作为数值模拟计算区域；对浮动核电站温排水计算域进行三维网格划分；在fluent中选择相应流动数学模型；对循环冷却水取排水口、计算域边界以及船壁面选择对应的边界条件；选择计算收敛格式，确定计算初始值，计算得出浮动核电站温排水热扩散温度分布、速度分布，并统计循环冷却水取水口发现方向海水温度分布曲线；结合相应国家法规标准对计算进行整合分析，若不满足标准要求，则需要更改取排水口相对位置或者取排水热通量并进行重新计算，直到计算结果符合法规要求。

技术领域

本发明涉及温排水数值模拟，具体地指一种基于CFD的浮动核电站温排水热扩散数值模拟方法，属于流动换热仿真计算技术领域。

背景技术

循环水系统作为核电站主汽轮发电机组的一个重要组成部分，使用循环水泵从邻近海域抽取海水作为冷却介质，与主冷凝器中高温蒸汽进行热交换后排向周围海域，高温排水不仅会使周围水体温度升高，形成热富集，还会影响水质，进而对水体生态环境带来巨大影响。

浮动核电站尚处于技术研发阶段，现阶段并没有相应温排水的实验研究，数值模拟研究也是微乎其微。现阶段对温排水的研究大多集中以滨海核电站为原型的试验和模拟研究，技术相对成熟，由于海上浮动核电站作业点与滨海核电站不同，离海岸较远，温排水的稀释扩散过程首海岸的影响较小，受洋流的影响更大，因此常规滨海核电站温排水热扩散规律并不一定适用于浮动核电站。所以，有必要研究一种针对浮动核电站的温排水热扩散数值模拟方法。

发明内容

本发明目的在于克服上述现有技术的不足而提供一种基于CFD的浮动核电站温排水热扩散数值模拟方法，利用CFD(Computational Fluid Dynamics，计算流体动力学)，模拟仿真计算循环冷却水温排水热扩散造成的对周围海域以及取水口温度的影响。

实现本发明目的采用的技术方案是一种基于CFD的浮动核电站温排水热扩散数值模拟方法，该方法包括：

S1、物理模型建立：建立温排水三维物理模型；

S2、计算域拓展：分别向船体四周扩展一定计算范围作为数值模拟计算区域；

S3、模型网格划分：对浮动核电站温排水计算域进行三维网格划分；

S4、数学模型建立：在fluent中选择相应流动数学模型；

S5、边界条件设置：对循环冷却水取排水口、计算域边界以及船壁面选择对应的边界条件；

S6、计算条件初始化与计算：选择计算收敛格式，确定计算初始值，计算得出浮动核电站温排水热扩散温度分布、速度分布，并统计循环冷却水取水口法线方向海水温度分布曲线；

S7、结果分析与处理：结合相应国家法规标准对计算进行整合分析，若不满足标准要求，则需要更改取排水口相对位置或者取排水热通量并进行重新计算，直到计算结果符合法规要求。

通过本发明温排水热扩散数值模拟方法，能够根据循环冷却水温排水热流量、取排水口截面积、海域洋流速度、海域表面对空气的综合换热系数等参数，确定温排水热扩散形成的流场温度分布，从而确定周围海域和循环冷却水进口海水是否受到影响，温度升高范围是否在国际标准规定范围之内，并据此得出循环水系统相关结构设计和参数设计是否符合要求，从何得出最优设计方案。

本发明具有以下优点：

本发明方法通过利用计算流体动力学软件fluent建立温排水三维计算模型，对浮动核电站温排水热扩散进行三维数值模拟，弥补试验条件不足和相关研究经验不足所带来的弊端，并节约时间成本。根据计算结果对浮动核电站循环冷却水取排水口布置方式和相对位置进行调整，以期达到符合国家相应法规标准规定的内容。相比传统滨海核电站试验方法，本发明具有成本低、速度快的优势，并对浮动核电站系统设计提供技术支持。