基于多孔介质的直管式直流蒸汽发生器二次侧热工水力分析
摘要
随工业化进程不断推进，为响应国家政策，实现可持续发展战略目标，急需发展
核电系统。直流蒸汽发生器系统简单且热效率高，但管壁位置处易发生蒸干传热恶化。
目前针对直流蒸汽发生器的研究多利用单管或单元管进行局部仿真，未考虑流动不均
匀性影响。多孔介质方法能够简化网格、节约计算资源，常用于自然循环蒸汽发生器
热工水力特性研究，用于蒸干传热方面的研究未见报道。因此采用多孔介质方法进行
直流蒸汽发生器热工水力研究对于其整体特性研究具有重要意义。
以美国BabcockWilcox公司的直管式直流蒸汽发生器为研究对象，建立多孔介
质相间传热传质模型，通过添加源项代替固体框架附加边界条件。利用多孔介质方法
建立整体物理模型与内外双通道模型，进行直流蒸汽发生器热工水力数值模拟，分析
蒸汽发生器二次侧热工水力特性。揭示截面流动不均匀性的影响，得到质量流速、能
量源项、运行压力和入口过冷度等运行参数对二次侧蒸干前后关键参数的影响规律。
研究结果表明，设计工况下外部流域流通空间大且工质少，入口处工质升温快，
密度小，流速大。随后内部流域工质大量向外部流域流动补充，内外速度差减小。达
到饱和温度后，内部流域内热源大，蒸汽生成速率快。由于汽相速度大，内部流域汽
液混合相流速大，蒸干位置前移，壁温飞升幅度大，出口过热度大，内外流域出口温
差高达22.5K。改变运行参数后发现，质量流速是影响蒸干后壁温变化趋势的关键参
数，质量流速越小，壁温飞升幅度越大，最大可达1370K（壁面材料熔点为1617K~1650
K），低质量流速下蒸干后壁温呈下降趋势，高质量流速下则呈上升趋势。运行压力变
化导致管间流体饱和温度和蒸干位置发生变化，运行压力为10MPa时，传热管高度
8.5m位置处蒸干。入口过冷度每增大10K相变位置后移0.5m~1.5m。内热源强度大
导致出口过热度大，同时蒸干位置前移，出口过热度最大可达36.9K。利用多孔介质
方法对直流蒸汽发生器整体模型进行研究能够为直流蒸汽发生器的设计和运行提供一
定参考价值。
关键词：直流蒸汽发生器；多孔介质模型；热工水力；流动沸腾；蒸干
基于多孔介质的直管式直流蒸汽发生器二次侧热工水力分析
ABSTRACT
Withthecontinuousadvancementofindustrialization,itisurgenttodevelopthenuclear
powersysteminresponsetonationalpoliciesandachievesustainabledevelopmentstrategic
goals.Theonce-throughsteamgeneratorhassimplestructureandhighthermalefficiency,but
thecomplexflowboilingprocessbetweenthetubesoftenaccompaniesthedeteriorationof
heattransferduetoevaporation.Atpresent,researchesaboutonce-throughsteamgenerator
aremostlybasedonsingletubeorunittubeprototypes,anditisnotpossibletoobservethe
impactofcross-sectionalflownon-uniformityontheflowandheattransferintubebundle.
Besides,theporousmediummethodisoftenemployedinnaturalcirculationsteamgenerators,
butnotindry-outprocess.
Therefore,theonce-throughsteamgeneratorproducedbyBabcockWil