不同管束布置方式下含有空气的蒸汽自然对流冷凝换热特性分析

来源：核动力工程杂志2022年第3期北京时间：

作者：刘乐, 陈文振, 王珏, 王琮, 胡晨

单位：1.海军工程大学核能科学与工程学院，武汉，430033；2.武汉第二船舶设计研究所，武汉，430064；

摘要：为研究非能动安全壳冷却系统（PCCS）热交换器管束布置对自然对流条件下含有空气的蒸汽冷凝换热特性的影响，采用气体组分输运方程和冷凝模型耦合，对单管、单排到五排管束通道内冷凝换热过程进行数值研究。研究发现，管束区内存在由于管间高浓度空气层干扰使冷凝换热能力减弱的“抑制效应”，以及由于水蒸气壁面冷凝导致气体横向流动使壁面冷凝能力强化的“抽吸效应”。对不同管束结构下2种效应对冷凝换热的影响进行分析，结果表明，随着管束排数的增加，2种效应对冷凝换热的影响逐渐增强，导致冷凝管周向局部冷凝换热能力不均匀性增加，其中五排管束周向局部冷凝换热系数（HTC）最大值为单管的2.3倍，最小值仅为单管的44.7%。在双排、三排和四排管束中，正四边形布置管束的冷凝换热能力优于正三角形布置，而五排管束中，正三角形布置的冷凝换热能力更强。本研究可对PCCS热交换器管束布置优化提供参考。

关键词：自然对流, 管束, 蒸汽冷凝, 组分输运模型, 数值模拟

基金资助：国家重点研发计划资助项目（2017YFC0307800/06）