基于RELAP5的分离式热管系统自然循环特性研究.pdf

基于RELAP5的分离式热管系统自然循环特性研究

摘要

热管技术近年来的不断发展，其优秀的传热和非能动特点使其在核安全领域有这重

要应用，其应用需要大量的基础理论分析和关键技术论证试验。而目前关于负压条件下

的分离式热管系统研究较少，仍有许多热工水力问题有待进一步探索。本文针对分离式

热管系统的低温低压特点，应用RELAP5/MOD4.0软件对分离式热管系统的流动与传热

特性进行了模拟计算分析。

首先，针对分离式热管的低温低压特点，结合已有的一个非能动余热排出试验装置

开展了采用分离式热管技术的非能动余热排出系统的流动与传热特性模拟研究。运用

RELAP5/MOD4.0软件针对此系统进行了节点划分和模拟计算验证，针对单相和两相实

验，各选取了两组实验工况进行模拟验证，最后系统内的各参数计算值较实验数据的偏

差均在14%以内，证明了RELAP5对计算分离式热管系统的适用性。

通过模拟获得了分离式热管系统的传热特性，针对三种边界条件对分离式热管系统

进行了分析。在模拟工况范围内，分离式热管排热系统传热功率的范围为

95.40kW~772.08kW，且热端壁温的对于分离式热管系统换热功率的影响大于空气温度。

通过改变系统的初始不凝性气体含量，证明了不凝性气体含量对分离式热管系统传热的

恶化影响及其影响原因。通过对比不同充液率条件下分离式热管排热系统的传热功率，

确定了系统的最佳充液率在12.5%~37.5%之间。

最后，分析了分离式热管排热系统内的运行特性和其不稳定性发生的原因，并分析

比较了多种空气换热器的布置情况下系统的换热特性。通过分离式热管的各位置工质状

态确定了系统中发生的类似于闪蒸的现象。通过设定空气换热器入口压力偏差值的方法，

确定了不同冷热端边界温度下的分离式热管运行的稳定区间。通过分析蒸汽上升段个位

置的含气率，确定了上升段的液体携带现象和空气换热器的淹没(flooding)效应，并确定

其与系统的稳定性直接相关。通过比较多种空气换热器布置情况下分离式热管系统的传

30

热特性，确定了分离式热管冷凝段的最佳布置角度为水平布置，°布置时，排热功率

最差。本文所得结论可为分离式热管式非能动余热排出系统的应用提供参考。

RELAP5/MOD4.0

关键词：分离式热管；非能动余热排出系统；；运行特性；换热特性；

不稳定性

基于RELAP5的分离式热管系统自然循环特性研究

Abstract

Withthecontinuousdevelopmentofheatpipetechnologyinrecentyears,itsexcellentheat

transferandpassivecharacteristicsmakeitanimportantapplicationinthefieldofnuclearsafety.

Itsapplicationrequiresalotofbasictheoreticalanalysisandkeytechnicaldemonstrationtests.

Atpresent,therearefewstudiesontheseparatedheatpipesystemundernegativepressure

conditions,andtherearestillmanythermalhydraulicproblemstobefurtherexplored.Inthis

paper,accordingtothecharacteristicsoflowtemperatureandlowpressureoftheseparated

heatpipesystem,theflowandheattransfercharacteristicsoftheseparatedhea