[发明专利]一种核电站稳压器电加热元件的优化布置方法

权利要求书

1.一种核电站稳压器电加热元件的优化布置方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、确定压水堆核电站稳压器及其内部电加热器的结构，根据工程实际，建立包含电加热器的核电站稳压器三维全尺寸几何模型，并采用CFD前处理软件进行网格划分以及网格无关性验证；

S2、根据稳压器内的流动、传热和相变过程，构建超高压过冷沸腾流动传热模拟的数学物理模型，确定出欧拉-欧拉双流体模型和RPI壁面沸腾模型的耦合关系；

S3、将步骤S2构建的数学物理模型转化为计算机语言，并嵌入到计算流体动力学软件中，以实现高压环境下沸腾传热的模拟计算；

S4、根据电加热器和冷却剂之间的热量耦合关系，确定冷却剂波入速度、温度和压力，并设定电加热器元件的加热方式及功率大小，从而确定出初始工况及边界条件；

S5、根据实际稳压器内部电加热器的分组及数量，结合典型的电加热器布置方式，以分别设置通断式电加热器和比例式电加热器的工作模式；

S6、根据全局库朗数，设定迭代时间步长，对不同布置方式对应的流动传热控制方程进行求解，当满足过冷沸腾模拟收敛条件之后，通过CFD后处理软件分析稳压器内部不同截面的流场、温度场及空泡份额分布情况，得出最佳的比例式电加热器布置方式。

2.根据权利要求1所述的一种核电站稳压器电加热元件的优化布置方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括以下步骤：

S11、确定压水堆核电站稳压器及其内部电加热器的结构，包括稳压器上封头、筒体、下封头、电加热器的详细尺寸结构；

S12、根据工程实际，建立包含电加热器的核电站稳压器三维全尺寸几何模型，并对稳压器内部及电加热元件进行简化，其中，几何模型包括稳压器以及与稳压器连接的波动管管道；

S13、对建立的稳压器三维全尺寸几何模型进行四面体网格划分，并以轴向截面平均空泡份额和截面平均温度为参考对象，验证网格无关性。

3.根据权利要求2所述的一种核电站稳压器电加热元件的优化布置方法，其特征在于，所述步骤S12中对稳压器内部及电加热元件进行简化的具体过程为：忽略冷段、端塞以及密封的端部连接器，只保留加热段，不考虑其内部的结构，将其简化为圆柱体；

忽略稳压器内的电加热器支撑板、导流板、筛网、波动管与稳压器的接管结构，以稳压器下封头与筒体交接面的圆心为坐标原点建立坐标系，流体从y正方向进入，重力方向为y负方向；

截取下封头以上高1m的筒体进行建模。

4.根据权利要求1所述的一种核电站稳压器电加热元件的优化布置方法，其特征在于，所述步骤S2中构建的数学物理模型具体为：

其中，下标k表示气体或液体，下标i表示非k相，α_k，ρ_k，H_k分别为每相的体积分数，密度，速度，焓值，为从k相到i相的质量传递，该数学物理模型等式右边的第一项表示压强引起的焓变；第二项是分子热通量和湍流热通量的组合；第三项表示扩散质量通量引起的焓的变化；最后一项表示壁面热流通量，具体采用RPI壁面沸腾模型计算热通量。

5.根据权利要求4所述的一种核电站稳压器电加热元件的优化布置方法，其特征在于，所述步骤S2中RPI壁面沸腾模型包含对流传热项、激冷热流项和蒸发热流项，其中的汽泡核化密度采用LC模型、脱离直径采用Unal模型、脱离频率采用Cole模型。

6.根据权利要求1所述的一种核电站稳压器电加热元件的优化布置方法，其特征在于，所述步骤S3具体是对RPI壁面沸腾模型进行UDF编译，采用C语言编写、使用DEFINE宏定义，通过调用流体速度、温度、压力、压力梯度、湍流动能、速度梯度、壁面、边界的热流量、对流换热系数，并耦合欧拉-欧拉双流体模型，以将RPI壁面沸腾模型转换为计算机语言嵌入到计算流体动力学软件中，使高压环境下沸腾传热的计算得以实现。