基于漂移流模型的液态金属快堆螺旋管蒸汽发生器热工水力特性分析

来源：核动力工程杂志2023年第3期北京时间：

作者：刘佳伦, 李会雄, 张顺哲, 宁亮, 唐凌虹

单位：1.西安石油大学新能源学院，西安，710065；2.西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室，西安，710049；

摘要：在液态金属快堆螺旋管蒸汽发生器中，存在一个普遍问题，其一次侧的进、出口温差大幅升高，二次侧出口蒸汽过热度显著增大，这给其设计及运行带来了挑战。基于离散网格法建立了液态金属快堆螺旋管蒸汽发生器热工水力分析模型。模型对整个一、二次侧回路进行网格划分，采用漂移流模型计算二次侧水-水蒸汽的流动与传热，并在一次侧计算中采用液态金属物性与流动传热关联式；采用内节点法对壁面划分网格，考虑两侧流体与管壁间的对流换热以及壁面导热。基于实验数据验证模型可靠性。以铅铋快堆为例，研究不同入口条件下蒸汽发生器的热工水力特性。研究发现一、二次侧之间的壁面热流密度沿程分布极为不均匀，且热流密度峰值极高。算例中壁面热流密度最大值达到1361 kW/m²，最大值与最小值间相差数十倍到数百倍。随着一次侧入口铅铋温度以及铅铋流速的增加，二次侧过冷水区及两相区长度明显缩短，过热蒸汽区长度明显增大；同时，壁面热流密度峰值向螺旋管入口方向移动，二次侧工质压降明显增大。

关键词：液态金属快堆, 螺旋管蒸汽发生器, 热工水力分析, 漂移流模型, 壁面导热, 离散网格法

基金资助：国家自然科学基金联合基金项目（U20B2036）；陕西省自然科学基础研究计划项目（2022JQ-542）；陕西省科学技术协会青年人才托举计划项目（20210404）