熔盐—熔盐板(翅)式换热器数值模拟研究
缪洪康
学位类型硕士
导师王纳秀
2018
学位授予单位中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所)
关键词钍基熔盐堆 板式换热器 数值模拟 流致振动 双向流固耦合
摘要在我国经济高速发展的背景下,能源短缺和环境污染问题不断凸显。资源消耗少、发电能力强的清洁能源——核能是目前大力发展的电力项目。传统铀基核电面临铀资源日益趋紧的窘迫局面,为此中国科学院战略先导专项钍基熔盐堆系统开展了以钍作为核燃料的熔盐反应堆研究。目前正在进行2MW液态燃料钍基熔盐堆系统(TMSR-LF1)的设计研发,其中熔盐-熔盐换热器(热侧FLiBe盐,冷侧FLi NaK盐)是实现能量转移的关键设备。为提高双熔盐换热器的紧凑度和热工水力性能,本论文对板式及板翅式的热工特性开展数值模拟研究,为设计板式及板翅式换热器提供参考。首先根据TMSR-LF1的设计要求和相关国家行业标准对板片和翅片型式进行设计和改进并开展仿真计算,以优化其传热或流动特性。主要设计构建了人字形、平行、竖直三种波纹板片型式和矩形、流线型、改进流线型三种翅片型式。对各个型式的数值研究结果展开对比分析,并通过压降、单侧对流换热系数及换热性能综合指标三种评价方法对这些型式进行评价。论文还从工程实用性的角度探索换热器流致振动问题的分析方法,基于中科院上海高等研究院熔盐-空气管壳式换热器实验平台,对该实验模型开展双向流固耦合仿真研究。并通过实验验证数值模拟方法的合理性与可行性,为将来板式或板翅式换热器中流致振动问题的工程应用提供计算方法。当冷热两侧熔盐入口温度833-923K,入口流速0.3-0.5m/s时,可得到如下结论:所有6种型式中,翅片式压降比板式大2~3倍左右,而换热系数增加约35%;流线型翅片单侧对流换热系数最高,换热器整体最为紧凑;竖直波纹板压损最小,且适用于高流速工况;综合评价换热性能指标,竖直波纹板最高,比排在第二的人字形波纹板平均提高约17%,比板翅式平均指标高了43%左右。与相同换热系数的管壳式换热器相比,板翅式换热器压降约为其1/4,板式换热器则仅为1/10不到。采用双向流固耦合方法模拟得到的换热管加速度值与实验测得的数据随时间变化的关系曲线吻合良好,误差范围为-12%~15%,说明单管双向流固耦合方法分析换热器流致振动问题是可行的。
语种中文
文献类型学位论文
条目标识符http://ir.sinap.ac.cn/handle/331007/28488
专题中科院上海应用物理研究所2011-2018年
作者单位中国科学院上海应用物理研究所
推荐引用方式
GB/T 7714
缪洪康. 熔盐—熔盐板(翅)式换热器数值模拟研究[D]. 中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所),2018.
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