一种建立特定脱汽份额条件下汽水分离器网格模型的方法与流程

本发明属于蒸汽发生器汽水分离器技术领域，具体涉及到一种建立特定脱汽份额条件下汽水分离器网格模型的方法。

背景技术：

蒸汽发生器是反应堆系统重要大型换热设备，是典型核电站一、二回路的枢纽。在蒸汽发生器中，饱和蒸汽自传热管束区产生，但由于相间界面处液膜的破碎等原因导致饱和蒸汽会夹带一定量的液滴。为了保证汽轮机的安全运行，核电站中通常设置两级汽水分离，即第一级汽水分离器及二级汽水干燥器。

流体工质自传热管束区产生之后首先进入初级汽水分离器也称旋叶式汽水分离器。单个汽水分离器包括四个固定旋流叶片从而使液滴和蒸汽产生旋转流动，分离机制为利用液滴的离心效应的惯性分离机制。次级汽水干燥器内部主要是一些波形板通道，在其内部可以去除惯性较大的液滴。随后，蒸汽会离开蒸汽发生器进入二回路被送往汽轮机做功。目前欧美核电通用的标准要求蒸汽湿度小于0.25％，否则高速蒸汽流夹杂着这些液滴进入二回路会造成管道以及汽轮机叶片的腐蚀和磨损。

由于汽水分离器内外筒节中存在下降环腔通道，在实际运行过程中，由于二回路水位会淹没下降环腔通道的下部出口，导致蒸汽流在向下流动的过程中遇到阻力，在切向疏水口处向下流动的蒸汽份额成为未知。为了分析不同脱汽量对场的影响，研究中不得不进行多种堵管份额的下降环腔通道的模型的建立，导致工作量的增大。

根据计算分析的需要，通过网格标记的方法，可以通过改变下降环腔的堵管面积来实现特定脱汽份额的工况的网格模型的建立。减少了重新建模以及划分网格的重复性工作量，方法较为灵活、方便。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种建立特定脱汽份额条件下汽水分离器网格模型的方法，该方法能够在不改变原几何结构的基础上，运用网格标记的方法实现下降环腔通道特定脱汽份额条件下的蒸汽发生器汽水分离器网格模型的建立。为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种建立特定脱汽份额条件下汽水分离器网格模型的方法，包括如下步骤：

步骤1：依据汽水分离器组件的设计图纸，通过solidworks软件建立组成汽水分离器的各面，并依据图纸中各面的配合关系，将上述建立的面组成单个汽水分离器三维几何模型，根据设计中的汽水分离器组件中的汽水分离器的个数，对前述单个汽水分离器三维几何模型进行复制操作并按照设计中的排列规则对上述所有的汽水分离器的三维几何模型进行排列及配合得到汽水分离器组件的三维几何模型；

步骤2：在solidworks软件中建立一个与汽水分离器组件直径与高度均相同的实心圆柱体，运用该实心圆柱体与在步骤1得到的汽水分离器组件的三维几何模型，使用solidworks软件的布尔运算功能得到下降环腔通道脱汽份额为100％条件下的汽水分离器组件的流体域模型；

步骤3：运用ansys-icem软件对以上建立的下降环腔通道脱汽份额为100％条件下的汽水分离器组件的流体域模型进行非结构化四面体网格刻画，具体分为如下步骤：

步骤3-1：将步骤2中得到的流体域模型导入到ansys-icem软件中；

步骤3-2：在ansys-icem软件中设置非结构化四面体网格的网格参数及分布率等参数；

步骤3-3：通过ansys-icem的非结构网格生成功能，非结构化四面体网格模型在上述流体域模型中自动生成；

步骤4：使用ansys-fluent软件中的用户自定义函数工具，即udf工具，根据需要的下降环腔通道的脱汽份额，对下降环腔通道进行网格标记和堵管操作，具体分为以下步骤：

步骤4-1：以下降环腔通道不脱汽，即0脱汽份额条件下的汽水分离器组件的网格模型建立过程来说明，设z方向为蒸汽流动方向即高度方向，根据所需的脱汽份额，确定下降环腔内的堵管面积，得到环形堵管区域的数学表达式如下：

h1≤z≤h2(2)

式(1)中，(a,b)为汽水分离器的内筒在xy面上投影得到的圆的圆心坐标，r1和r2分别为汽水分离器内外筒节的内径，根据计算需要改变r1和r2得到不同堵管份额的汽水分离器的网格模型，从而得到下降环腔处不同的脱汽份额；式(2)中h1和h2分别为下降环腔通道的下部出口和上部进口的z坐标。

步骤4-2：检查步骤3中获得的汽水分离器组件的非结构化四面体网格模型的每个网格单元，若网格单元中心坐标符合步骤4-1中建立的环形筒区域方程，则对该网格单元进行标记，否则跳过该单元；

步骤5：在步骤4-2中标记出满足要求的所有网格单元后，将被标记处的所有网格设置为多孔介质区域，并在蒸汽流动方向上，即z方向添加一个阻力源项从而达到阻滞蒸汽流动的作用。至此，特定下降环腔脱汽份额条件下的汽水分离器组件非结构化四面体网格模型建立完成。

和现有技术相比较，本发明具有以下有益效果：

1)能够在压水堆蒸汽发生器汽水分离器的全尺寸模型的基础上得到任意脱汽份额的网格模型；

2)避免了需要进行脱汽份额变化时的重新几何建模工作，大大减小了工作量；

3)模型独立，方法通用性强，可以适应于不同类型的流体力学计算分析程序。

附图说明

图1为典型压水堆中蒸汽发生器内汽水分离器组件真实三维几何结构模型。

图2为单个汽水分离器的三维几何结构示意图；

图3为蒸汽发生器汽水分离器组件的流体域网格模型；

图4(a)所示为网格标记区域正视图；图4(b)所示为网格标记区域俯视图；

图5为本发明方法流程图。

具体实施方式

以下结合图5所示流程图，以中国先进压水堆中蒸汽发生器内汽水分离器下降环腔0脱汽工况的网格模型建立过程为例，对本发明作进一步的详细描述。

本发明一种建立特定脱汽份额条件下汽水分离器网格模型的方法，包括以下步骤：

步骤1：依据汽水分离器组件的真实设计图纸，通过solidworks软件建立组成汽水分离器的各面，并依据图纸中各面的配合关系，将上述建立的面组成单个汽水分离器三维几何模型，根据真实的设计中的汽水分离器组件中的汽水分离器的个数，对前述单个汽水分离器三维几何模型进行复制操作并按照设计中的排列规则对上述所有的汽水分离器的三维几何模型进行排列及配合得到汽水分离器组件的三维几何模型；典型的压水堆中蒸汽发生器内的汽水分离器组件的真实三维几何结构如图1所示。其中，单个汽水分离器的三维几何结构如图2所示。

步骤2：在solidworks软件中建立一个与汽水分离器组件直径与高度均相同的实心圆柱体，运用该实心圆柱体与在步骤1得到的汽水分离器组件的三维几何模型，使用solidworks软件的布尔运算功能得到下降环腔通道脱汽份额为100％条件下的汽水分离器组件的流体域模型；

步骤3：运用ansys-icem软件对以上建立的下降环腔通道脱汽份额为100％条件下的汽水分离器组件的流体域模型进行非结构化四面体网格刻画，具体分为如下步骤：

步骤3-1：将步骤2中得到的流体域模型导入到ansys-icem软件中；

步骤3-2：在ansys-icem软件中设置非结构化四面体网格的网格参数及分布率等参数；

步骤3-3：通过ansys-icem的非结构网格生成功能，非结构化四面体网格模型在上述流体域模型中自动生成。典型压水堆中蒸汽发生器内汽水分离器组件的流体域网格模型如图3所示。

步骤4：使用ansys-fluent软件中的用户自定义函数工具，即udf工具，根据需要的下降环腔通道的脱汽份额，对下降环腔通道进行网格标记和堵管操作，具体可以分为以下步骤：

步骤4-1：以下降环腔通道不脱汽，即0脱汽份额条件下的汽水分离器组件的网格模型建立过程为例，设z方向为蒸汽流动方向即高度方向，根据所需的脱汽份额，确定下降环腔内的堵管面积，得到环形堵管区域的数学表达式如下：

h1≤z≤h2(2)

式(1)中，(a,b)为汽水分离器的内筒在xy面上投影得到的圆的圆心坐标，r1和r2分别为汽水分离器内外筒节的内径，其中可以根据计算需要改变r1和r2得到不同堵管份额的汽水分离器的网格模型，从而得到下降环腔处不同的脱汽份额；式(2)中h1和h2分别为下降环腔通道的下部出口和上部进口的z坐标。网格标记区域正视图如图4(a)所示。被标记区域俯视图如图4(b)所示；

步骤4-2：检查步骤3中获得的汽水分离器组件的非结构化四面体网格模型的每个网格单元，若网格单元中心坐标符合步骤4-1中建立的环形筒区域方程，则对该网格单元进行标记，否则跳过该单元；

步骤5：在步骤4-2中标记出满足要求的所有网格单元后，将被标记处的所有网格设置为多孔介质区域，并在蒸汽流动方向上，即z方向添加比其他两个方向大三个数量级以上的阻力源项从而达到阻滞蒸汽流动的作用；如有需要可通过改变下降环腔通道堵塞份额从而得到不同的下降环腔脱汽份额条件下的汽水分离器网格模型；至此，特定下降环腔脱汽份额条件下的汽水分离器组件非结构化四面体网格模型建立完成。

本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。