数值研究氢与不同的连接管道流动行为两个隔间

文摘

氢积累下的密封车厢严重的事故会导致高浓度,这可能导致氢爆燃或爆炸。因此,获得详细的氢气流和分配是一个关键问题安排除氢设备在控制箱内。在这项研究中,氢气流的行为在当地箱内已经调查在两个水平的隔间。由三维CFD代码分析模型是建立在笛卡尔坐标系基于先进压水堆的连接结构(压水式反应堆)隔间。它由两个圆柱形容器,代表了蒸汽发生器舱(SG)和核心化妆罐舱(CMT)。与标准湍流模型,连接管的影响大小和位置对氢离子浓度分布调查。结果表明,增加连接管的直径(IP),位于从150毫米到300毫米800毫米促进氢隔间之间流动。减少IP这位于800毫米的长度从1000毫米到500毫米还可以促进氢隔间之间流动。降低IP支持非源代码的氢气与空气混合室。更高的知识产权有利于氢流向非源代码从源项隔间。

1。介绍

2011年福岛核事故后,氢气风险与控制问题严重的核电站事故(npp)成为该行业的关键问题。假想在核电站严重事故过程中,氢反应主回路中产生的蒸汽和燃料包壳与蒸汽释放到安全壳和车厢的位置(1]。这样生成的氢总是运入隔间。

氢分布可以受到容器内部的复杂的渠道结构和断裂的位置,从而导致统一的氢离子的浓度。当地可能发生氢气浓度高、燃烧或爆炸创造有利条件,这是一个巨大的威胁安全壳的完整性(2]。此外甚至当地氢燃烧,无法威胁到安全壳的完整性,也可能是有害的生存能力一些重要的设备或仪器。在三里岛事故事故作为一个真实的例子,500公斤的氢被释放和27 psig H2燃烧造成的峰值压力测量的控制(3]。为了减少氢的潜在风险,光分布、混合、和分层气体首先应该分析和理解。

至于安全壳大气建模、统括参数(LP)和计算流体动力学(CFD)代码。近年来,CFD方法分析氢已成为选择风险(4]。三维数值传输流体力学方程可以通过有限体积法或有限元法在解决代码。到目前为止,许多CFD分析适用于氢管理进行调查行为的控制。程和曹5)使用CFD模式研究氢分布控制在不同的生产速度。维瑟et al。6)进行流利的模型的验证氢分布的控制使用泰国款HM2测试。Royl et al。7)使用GASFLOW代码分析蒸汽和氢气分布与被动自催化复合剂缓解德国Konvoi-type NPP。GASFLOW APR1400容器是用于分析氢分布假设下中心(8)和(LOFW事故9]。先前的研究表明,采用CFD方法模拟氢分布在不同尺度的几何结构,用实验数据验证。

摘要氢分布在两个隔间相互联系与不同的管道进行了分析探讨氢迁移和分布特征。由三维CFD代码分析模型是建立在笛卡尔坐标系基于先进压水堆的连接结构(压水式反应堆)隔间。它由两个圆柱形容器,代表了蒸汽发生器舱(SG)和核心化妆罐舱(CMT)。

2。分析模型的验证

本文构建的分析模型是由相同的模型建立与验证GASFLOW,已成功验证基准的大量练习,例如,ISP-47 [10]。因此,分析模型的有效性进行了分析,通过比较仿真结果获得的代码。

2.1。几何建模

图1显示了笛卡尔坐标的几何模型建立和网格划分。模型由相互关联的隔间与管位于海拔3200毫米,和坐标原点位于底部的中心离开船。每一个圆柱形容器高度4米,直径2米,11.5米的内部体积³。使当地室的形状和体积尽可能准确,几何模型是建立在三维笛卡尔结构化网格与224528细胞分析模型和模型构建与GASFLOW 95700个细胞。

2.2。湍流模型

湍流对氢气流分布至关重要。在模拟,湍流模型的合适的选择具有显著影响氢分布在当地的隔间。标准的模型考虑了完整的浮力影响李子模拟作为一个有用的模型。小王和曹11进行验证控制氢分布模型使用泰国款HM2测试。侯et al。12)使用控制模型来研究氢分布的大规模混合气体设施(LSGMF);与实验数据相比,发现当采用标准氢离子浓度的分布湍流模型是接近实验结果。基于现有的研究成果对湍流模型,在这个模拟湍流模型。

的模型属于一类two-equation跑湍流模型。在湍流模型,建模与湍动能输运方程和耗散率(6]。

雷诺应力计算基于布西涅斯克假说得到涡流粘度湍流模型。在模型,动态湍流粘度显示如下: 在哪里是密度,0.05是恒定的,湍流动能,湍流耗散率(13]。

的值和直接来自的微分运输方程湍流动能和湍流耗散率: 在哪里代表着速度,表示时间,1.44是恒定的,1.92是恒定的,1.0是恒定的,1.3是恒定的,是分子粘度,是湍流粘度。和代表浮力的影响力量。是湍流生产由于粘滞力。

2.3。验证结果

氢是垂直注入从中央位置的海拔高度800毫米从容器底部。氢的质量流率释放喷射管是0.1 g / s。喷射管的直径30毫米。在最初的时间( ),在多个隔间是1 atm。两条测量线,测量线1和线2,设置测量氢离子的浓度在两个隔间。在建模的过程中,坐标原点位于源项的中心室底部,如图1。1号线位于源项隔间,起始点的坐标= 0.5米,= 0 m,= 0.07 m,端点坐标= 0.5米,= 0 m,= 3.93 m。2号线位于中央线在非源代码期内隔间。

图2显示源项舱中氢离子的浓度分布。结果表明,氢离子浓度在协议相比,两个模型。然而,下面的结果是不同的注射区域的氢浓度差值不超过0.01,表明氢分散强GASFLOW模型下,当氢浓度的上层空间两个隔间彼此有很好的一致性。图3显示非源代码术语舱中氢离子的浓度分布。与分析结果表明,氢离子浓度预测模型是略低于GASFLOW模型在1000年代的时候在整个非源代码舱,这意味着更少的氢转移到非源代码术语间当时在分析模型中,同时,在1800年代,氢离子浓度达到上部空间中相同的值。因此,分析模型可以用来模拟氢气流的行为。

3所示。氢气流量行为两个隔间

3.1。病例选择

考虑影响因素对氢流量行为,分析情况下选择不同的连接管(IP)直径,长度和位置,如图4。在第一种情况下,管道直径150毫米,长度是1000毫米。在例2中,管道直径150毫米,长度是500毫米。在案例3中,管道直径300毫米,长度是1000毫米。4,管道直径150毫米,长度是1000毫米。在例1,2,3,IP位于800毫米。4,IP位于3200毫米。在所有情况下,氢是横向注入从侧面的源项舱底的高度800毫米。对于每个案例,两条测量线命名,其中1号线位于中央线源项舱和2号线位于中央线非源代码隔间。

3.2。敏感性分析

网格敏感性研究和影响的时间步长仿真之前应该调查。敏感性分析是给定的情况下 ,这是类似于其他情况下。

三种结构网格的范围从几成千上万的细胞几成千上万的独立评估网格解决方案。流体域离散大约85735个细胞,219692个细胞,和415335个细胞,分别模拟氢离子浓度垂直分布在1号线标准模型和结果总结在图5。细孔和中网格的结果相比,氢浓度相似。氢离子浓度的差异是在源项舱的上部空间,而粗网格的氢离子浓度预测是低于其他网格。考虑到计算时间和准确性,可以选择中网格模拟氢气运输在未来的研究。

不同的时间步长为0.01、0.03,0.05,和0.10 s是用来模拟氢离子浓度的标准模型。氢离子浓度分布在500年代如图1号线6,这表明氢浓度与不同的时间步骤一致。时间步长增加从0.01到0.05年代,计算时间却降低了。时间步长增加从0.05到0.10年代,由于迭代次数的增加,计算时间增加。当时间步长超过0.10,计算稳定性影响,很难收敛。因此,时间步长0.05秒用于未来的研究。

3.3。IP改变大小

氢离子的浓度在源项隔间高于非源代码舱为例 , ,和 ,如图7。氢源项间流动行为类似由于注射质量流率和喷射管直径相同。氢气流动向上沿墙的注入和传输到上层空间。当上游气体抵制的穹顶,氢气流方向会改变,开始绕流沿墙的圆顶,然后逐渐填满整个上层空间。氢离子浓度分层建立由于浮力的作用。连续注射氢,氢分布源项间逐渐均匀扩散的影响。氢开始扩散到noncompartment当流向入口处的IP源项室与相似的流动现象由于IP的较低位置14]。

图8显示速度矢量的IP 。逆流是观察到的IP。气体混合物的叶子源项舱通过IP非源代码任期室的顶部,它向上浮力的作用下由于气体密度差异的影响在两个隔间。空气在非源代码术语舱运输逆流通过IP (14]。

图9展示了分散过程的定量比较,显示出氢离子浓度的变化在两个隔间的不同高度。它可以观察到车厢的氢离子浓度增加的时间和氢注入。仿真结果与案例 , ,和有相同的趋势,与不同的氢离子浓度在不同高度两个隔间。氢离子浓度相对较低的地区低于IP的位置。比较的结果和案例 ,氢离子浓度的值在两个隔间的上层空间是相似的,除了以下区域的位置IP。由于管道长度的减少,氢迁移速度是提高IP位置附近,由于较低的氢离子的浓度 。相比之下,例 ,氢离子的浓度在非源代码舱是高氢后流入非源代码项隔间 。

这表明从150毫米到300毫米的直径增加的IP位于800毫米促进氢两个隔间之间流动导致增加约13%的氢的摩尔量非源代码内舱的模拟。减少的长度从1000 mm到500 mm IP位于800 mm也可以促进两个隔间之间的氢流,导致增加了约3.5%的氢摩尔量非源代码内舱的模拟。与管径的变化相比,管道长度变化的影响氢的分布在两个隔间并不重要。

3.4。改变IP位置

图10显示了氢浓度分布在3000年代的情况 。氢是累积的上层空间非源代码内舱。在3200毫米管位置的影响,氢源传输到非源代码术语间与早些时候的情况 。

图11展示了分散过程的定量比较和案例 ,显示出氢离子浓度的变化在两个隔间的不同高度。它可以观察到,氢是主要分布在非源代码的上层空间术语舱由于更高的IP位置,而氢流软弱的行为区域下面的IP在非源代码期内舱因为弱扩散过程。3000年代的时候,氢离子浓度最高的上层空间约为7%。相反,为例子 ,氢离子浓度分布在非源代码期内间隔是均匀的。此外,氢离子浓度较低的源项隔间比情况下 ,因为增加了约7.7%的氢摩尔量流入非源代码术语间的IP位置改变时从800毫米到3200毫米的模拟。

更高的IP位置促进氢扩散到非源代码术语源项的隔间,所以氢源项间更容易排出。但氢可能积累在上部空间非源代码内舱如果没有足够的上层空间非源代码内舱。降低IP位置有利于氢气与空气混合在非源代码期内舱由于浮力的作用。

4所示。结论

介绍了仿真结果在两个隔间考虑不同的互连管径,长度和位置。与标准湍流模型,连接管的影响大小和位置对氢离子浓度分布调查。

比较研究的结果可以得到:(1)直径增加从150毫米到300毫米的IP位于800毫米促进氢两个隔间之间流动导致增加约13%的氢的摩尔量非源代码内舱的模拟。(2)减少的长度从1000 mm到500 mm IP位于800 mm也可以促进两个隔间之间的氢流,导致增加了约3.5%的氢摩尔量非源代码内舱的模拟。(3)更高的IP位置促进氢扩散到非源代码术语源项的隔间,所以氢源项间更容易排出。降低IP位置有利于氢气与空气混合在非源代码期内舱由于浮力的作用。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项工作是支持国家科技重大项目(没有。2015 zx06004003 - 002),中国国家自然科学基金(没有。11675104),科学和技术在核反应堆系统设计技术实验室。

引用

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