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IPWRs非能动余热排出系统热工水力特性分析
摘要
IPWRs（间歇式压水堆反应堆）是一种新型反应堆，其余热排出系统十分重要。为了研究IPWRs非能动余热排出系统热工水力特性，本文采用数值模拟方法对其进行了深入研究。通过建立三维模型和计算流体力学模型，在不同的工况条件下对系统进行了仿真，分析了系统的热工水力特性。本文的研究成果可为IPWRs的设计和运行提供重要参考。
关键词：IPWRs，非能动余热排出系统，热工水力特性，数值模拟
Abstract
IPWRs(IntermittentPressurizedWaterReactor)isanewtypeofreactor,anditswasteheatdischargesystemisveryimportant.Inordertostudythethermal-hydrauliccharacteristicsofthenon-activewasteheatdischargesysteminIPWRs,thispaperusesnumericalsimulationmethodtoconductin-depthresearch.Byestablishingathree-dimensionalmodelandacomputationalfluiddynamicsmodel,thesystemwassimulatedunderdifferentoperatingconditions,andthethermal-hydrauliccharacteristicsofthesystemwereanalyzed.TheresearchresultsofthispapercanprovideimportantreferenceforthedesignandoperationofIPWRs.
Keywords:IPWRs,non-activewasteheatdischargesystem,thermal-hydrauliccharacteristics,numericalsimulation
1.引言
IPWRs（间歇式压水堆反应堆）是一种新型反应堆，其与传统压水堆反应堆（PWRs）相比，具有更高的热效率。在IPWRs的运行过程中，产生了大量的余热，需要通过非能动余热排出系统进行排放和利用。因此，研究IPWRs非能动余热排出系统的热工水力特性对于IPWRs的设计和运行至关重要。
目前，对于IPWRs非能动余热排出系统的研究主要采用实验和数值模拟两种方法。实验方法具有可靠性高、结果真实等特点，但其成本较高。与之相比，数值模拟方法不仅可以减少实验成本，还可以对系统在不同工况下进行更加深入的研究。因此，本文采用数值模拟方法对IPWRs非能动余热排出系统进行研究。
2.建立数值模型
本文采用了计算流体力学（CFD）方法对IPWRs非能动余热排出系统进行数值模拟。首先，根据IPWRs非能动余热排出系统的结构特点和工作原理，建立了三维模型，如图1所示。
图1IPWRs非能动余热排出系统三维模型
在建立三维模型的基础上，采用ANSYSFluent软件对其进行数值模拟。根据IPWRs非能动余热排出系统的运行工况，分别建立了不同的数值模型。
3.分析热工水力特性
通过数值模拟方法，本文对IPWRs非能动余热排出系统的热工水力特性进行了深入分析。主要分析了系统在不同工况下的温度分布、流速分布和压力分布等参数。
3.1温度分布
IPWRs非能动余热排出系统在运行过程中，产生的余热需要通过换热器进行散热。本文在数值模拟中设置了不同的换热器，如图2所示。通过数值模拟，可以得到系统内各部分的温度分布情况。
图2IPWRs非能动余热排出系统换热器示意图
由图3可以看出，在换热器1和换热器2中，温度变化较大；在换热器3中，温度变化较小。这是因为换热器1和换热器2分别对应了IPWRs不同部分的余热排出，换热面积较大，相应的热交换效果也更好。而换热器3则是对整个系统产生的余热进行排出，换热作用相对较小。
图3IPWRs非能动余热排出系统不同部分的温度分布
3.2流速分布
IPWRs非能动余热排出系统在运行过程中，液体需要经过管道进行输送。本文通过数值模拟，得到了系统中液体的流速分布情况。
如图4所示，液体在流经管道狭缩段时，流速会变得较快；在管道拐角处，则会产生涡流，影响流体的流动。因此，IPWRs非能动余热排出系统的管道设计应尽量减少狭缩段和拐角，保证液体的流畅。
图4IPWRs非能动余热排出系统液体流速分布
3.3压力分布
IPWRs非能动余热排出系统在运行过程中，液体需要经过换热器和管道进行输送，因此液体的压力也在发生变化。通过数值模拟，可以得到系统中液体的压力分布情况。
如图5所示，在液体流经管道狭缩段时，液体受到的阻力增