高温气冷堆反应堆厂房通风系统气流组织评价和预测方法与流程

本发明属于高温气冷堆通风设计，具体涉及一种高温气冷堆反应堆厂房通风系统气流组织评价和预测方法。

背景技术：

1、核电站的安全稳定运行，对于保障清洁能源的持续稳定供应以及全球核安全极为重要，必须高度重视核电站运行设备的可靠性及安全性。高温气冷堆反应堆厂房通风系统的设计目标是保障良好的人员进入及工作环境，为设备的正常运行创造安全的环境条件，控制和限制污染空气或气体的排放。

2、高温气冷堆反应堆厂房散热设备多，厂房空间较大，建筑布置多样，通风系统设计中通常根据建筑的热负荷，利用房间热湿平衡和空气量平衡来确定通风量，然后设计人员根据经验来确定送风和回风口的位置，无法保证通风效果为最佳，可能存在流动死角和温度分布不均的情况，使得设计人员无法掌控实际的通风气流组织效果，且无法保证通风设计达到最优能耗。有效的通风和合理的气流组织直接影响反应堆厂房内气流流动特性及温度分布规律，对于改善厂房空气品质，保证生产质量和人员的工作效率，提供舒适的检修环境和降低能耗有重要意义。所以，需要一种能够对气流组织进行定量评价和预测的方法，为实现通风系统设计的节能、高效、安全提供可靠的参考依据。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种高温气冷堆反应堆厂房通风系统气流组织评价和预测方法，以提升厂房的通风效果，保证生产质量和降低能耗。

2、本发明的技术方案如下：高温气冷堆反应堆厂房通风系统气流组织评价方法，包括如下步骤：

3、步骤1：根据高温气冷堆反应堆厂房的建筑图纸，反应堆厂房内热源的散热量，进行通风系统设计，确定送、排风管道和风口的尺寸、位置、方向和风速后，在ansysspaceclaim软件中以1:1的比例建立通风系统的三维模型；

4、步骤2：利用ansys fluent meshing软件对建立的几何模型进行网格划分；

5、步骤3：将建立的网格导入fluent软件中，选择standard k-epsilon湍流模型，采用标准壁面函数，开启能量模型，选择do辐射模型；

6、步骤4：定义材料属性；

7、步骤5：对所述cfd仿真模型设置负荷边界条件和送、排风风口边界条件；

8、步骤6：定义压力-速度耦合方法、离散方法和收敛条件，对计算域进行初始化，开始迭代计算；若残差曲线结果不收敛，则返回步骤2进行修改后再次进行计算，直到计算收敛后，迭代计算终止；

9、步骤7：利用cfd后处理软件，得到反应堆厂房的温度分布云图，进一步得到了厂房平均温度、温度不均匀系数。

10、所述的步骤2中采用多面体网格进行对流体域和固体域划分非结构化网格，壁面划分边界层网格，对风口处进行网格加密。

11、所述的步骤4中将厂房建筑混凝土墙壁设置为固体，将通风管道的外壁面设置为固体，将厂房的室内风环境设置为空气属性。

12、高温气冷堆反应堆厂房通风系统气流组织预测方法，包括如下步骤：

13、步骤1：确定影响反应堆厂房通风系统气流组织的设计参数作为正交试验的因素；

14、步骤2：根据正交试验表l9需要进行9次试验，所得正交试验方案如表2所示；

15、表2试验方案表

16、 试验序列号 a b c 1 a1 b1 c1 2 a1 b2 c2 3 a1 b3 c3 4 a2 b1 c2 5 a2 b2 c3 6 a2 b3 c1 7 a3 b1 c3 8 a3 b2 c1 9 a3 b3 c2

17、步骤3：采用所述cfd模拟仿真软件对步骤2中所设计的工况进行模拟仿真，并对仿真结果进行后处理，获取不同设计工况下厂房温度分布云图，得到对应的平均温度、温度不均匀系数；

18、步骤4：通过极差分析法得出各因素参数的最优组合工况；

19、由表5极差分析可知，正交试验的三个因素对厂房温度场温度不均匀系数的影响主次顺序如下：送风风管标高>送风温度>送风风速。送风风管标高对反应堆厂房温度不均匀系数的影响程度最大，送风风速对温度不均匀系数的影响程度最小。在这个试验中，反应堆厂房的温度不均匀系数越小越好，从表5中可以得到最好的试验条件是水平组合a1b1c3，即送风风管标高3.8m，送风风速2m/s，送风温度22℃。

20、步骤5：利用matlab软件对步骤3中通风系统设计参数变化时每个气流组织评价指标的数据进行回归分析，获得送风风管标高、送风风速、送风风量和送风温度对反应堆厂房平均温度、温度不均匀系数的预测方程式。

21、所述的步骤1中的设计参数包括送风风管标高a，送风风速b和送风温度c；每个因素设置3个水平，对各因素和对应水平进行编码，如表1所示；

22、表1因素水平编码表

23、

24、步骤3中所述的平均温度和温度不均匀系数的计算公式为：

25、

26、

27、

28、式中，ti表示厂房内第i个测点的温度，n表示厂房温度测点个数，表示厂房测点的温度平均值，δt表示厂房温度的均方根偏差，kt表示厂房温度不均匀系数，厂房平均温度和温度场均匀性正交试验结果如表3表3所示。

29、表3正交试验结果

30、

31、

32、步骤4中极差是各因素各水平下平均温度或温度不均匀系数的最大值和最小值之差，反应堆厂房平均温度和温度不均匀系数的极差分析结果如表4和表5所示，

33、表4平均温度极差分析结果

34、 k1 295.7 296.2 294.1 k2 296 295.7 295.8 k3 295.6 295.3 297.3 r 0.4 1 3.3

35、表5温度不均匀系数极差分析结果

36、 k1 0.009081 0.009635 0.010295 k2 0.009162 0.009884 0.009793 k3 0.010987 0.009713 0.009142 r 0.001906 0.000249 0.001153

37、表中极差r表示试验中各个因素的影响程度，由表4极差分析可知，正交试验的三个因素对厂房温度场平均温度的影响主次顺序如下：送风温度＞送风风速＞送风风管标高。

38、步骤5中由表3所得的数据分别建立反应堆厂房平均温度和温度不均匀系数的回归方程：

39、

40、kt＝0.0387-0.0005a-0.0058b-0.0018c-0.0001ab+0.0001ac+0.0003bc

41、反应堆厂房平均温度回归模型修正系数r2为0.9863，反应堆厂房温度不均匀系数模型修正系数r2为0.8834。

42、本发明的有益效果在于：通过建立反应堆厂房通风系统三维模型，利用ansysfluent软件，计算并分析通风系统设计参数变化情况下厂房的温度场和速度场分布规律，确定气流组织评价指标，利用多元线性回归分析方法建立厂房气流组织与模型，利用该方法能够对反应堆厂房的气流组织情况进行定量化预测，为实现通风系统设计的节能、高效、安全提供可靠的参考依据。本发明通过数值模拟的手段对高温气冷堆反应堆厂房的热环境进行模拟，实现了对厂房内气流组织情况分析，从而为通风系统优化设计提供参考依据。本发明通过对数值模拟结果进行分析，可以避免通风死角，有效组织厂房的气流路径；本发明提出建立通风系统设计参数(送风风管标高、送风风速和送风温度)变化下的气流组织评价指标预测模型，充分考虑了设计参数对厂房温度场分布规律的影响，弥补了传统设计中对气流组织评价的不足。利用多元线性回归方法建立了通风系统设计参数变化时厂房气流组织效果的预测模型。该方法能对厂房的通风效果进行定量化预测，为实现通风系统设计的节能、高效、安全提供了可靠的参考依据。