熱工分析
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熱工分析的視頻教程
基于Aspen EDR和ANSYS Fluent的板翅式換熱選型計算與設計
采用選型設計軟件ASPEN EDR與仿真計算軟件Fluent對板翅式換熱器進行設計驗證驗證，可用于板翅式換熱器設計，熱工傳熱分析（三維或一維）或者燃料電池SOFC的BOP部件初期設計。 涉及基于ANSYS meshing的跨尺度的網格劃分，EDR中platefin的計算，fluent物質輸運與共軛傳熱計算等多種軟件操作及計算原理講解。
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熱工分析的實例教程
3 月 13 日，由中國核學會核反應堆熱工流體力學分會主辦，中核核反應堆熱工水力技術重點實驗室、上海積鼎信息科技有限公司、先進核能技術全國重點實驗室承辦的 “核反應堆熱工水力仿真技術前沿探索與實踐” 線上直播活動圓滿舉辦。本次活動聚焦核反應堆仿真領域的最新進展與挑戰，吸引了近300位行業專家及在校學生的關注。
中國核動力研究設計院反應堆工程研究所副所長、中國核學會核反應堆熱供流體力學分會的理事長 黃彥平 在致辭中指出，核能技術的迭代對流體仿真提出了更高要求，亟需在精度提升、計算效率優化及模型驗證等方面取得突破。國產流體仿真軟件的自主研發是打破技術壟斷的關鍵。黃總呼吁產學研各方需強化合作，通過資源共享與協同創新，共同攻克行業難題。
作為本次活動的承辦單位之一，積鼎科技研發中心總監符凱的報告《國產流體仿真軟件在核反應堆仿真中的應用》受到關注。積鼎科技深耕 CFD 領域多年，自主開發了通用流體仿真軟件 VirtualFlow在核反應堆仿真中展現出顯著優勢。
積鼎科技的仿真軟件可應用于核領域的多種堆型，包括壓水堆、鉛鉍/鈉冷快堆、熔鹽堆等。在壓水堆中，軟件可模擬安注水過程、氫氣復合及燃燒、抑壓水池工作過程等；在鉛鉍/鈉冷快堆中，可進行金屬液體熱工水力計算、事故工況下自然對流計算等；在熔鹽堆中，實現了堆芯流量分配計算、熔鹽泄露凝固計算等關鍵場景的仿真。
技術優勢：
全代碼自主可控：該軟件安全可靠可控，經第三方評測顯示代碼自主率超過 95%。
全方位仿真能力：支持多相流、湍流、相變、傳熱等復雜物理模型，能夠精確模擬核反應堆中的流動傳熱傳質、多相流相變、可壓縮流體、多組分等問題。
應用場景覆蓋廣：軟件經過市場長期驗證，已積累的測試案例庫>1000個。
展開 圖 1VirtualFlow中多相流模型類型
三、多相流模型在核電領域的應用
（一）核反應堆設計與優化
堆芯冷卻與流動：模擬核反應堆堆芯內的冷卻劑流動和傳熱過程，分析燃料元件表面的溫度分布、冷卻劑的流動速度和壓力損失等，為堆芯的設計和優化提供依據，對于事故工況，需要考慮多相流模型的應用。
燃料元件性能評估：研究燃料元件在不同運行條件下的熱工性能，如燃料溫度、包殼溫度、冷卻劑溫度和流量等，預測燃料元件的燒毀率和壽命，為燃料元件的設計和改進提供指導。
蒸汽發生器設計：模擬蒸汽發生器內的汽水兩相流動和傳熱過程，優化蒸汽發生器的結構和參數，提高其傳熱效率和運行穩定性。例如，通過模擬蒸汽發生器內的汽水分離過程，改進汽水分離裝置的設計，減少蒸汽中的水滴攜帶，提高蒸汽品質。
（二）熱工水力分析
單通道熱工水力分析：對核反應堆單通道內的冷卻劑流動和傳熱進行模擬，分析通道內的溫度分布、壓力降和熱傳遞特性，評估通道的熱工性能和安全性。
多通道熱工水力分析：考慮核反應堆內多個并行通道之間的相互影響，如流量分配、溫度耦合等，研究多通道熱工水力現象，為核反應堆的熱工設計和運行提供更準確的預測。
圖 2 棒束通道流動換熱
?熱分層現象研究：在核反應堆的某些管道和設備中，由于冷熱流體的混合，可能會產生熱分層現象。多相流模型可用于模擬熱分層現象，分析其對管道應力、設備性能和安全的影響，為防止熱分層引起的熱疲勞和設備失效提供技術支持。
圖 3 管道熱分層模擬
（三）安全分析與評估
失水事故（LOCA）模擬：失水事故是核反應堆的一種嚴重事故工況，多相流模型可用于模擬失水事故過程中的冷卻劑流失、燃料元件暴露、蒸汽生成和壓力變化等現象，預測事故的發展趨勢和后果，為制定事故應急預案和安全措施提供依據。
展開 （四）城市建筑群熱工分析
主要是分析規劃建筑空間形成后，在自然狀態下得到太陽熱量的自然分布，通過這種熱量分布計算，可以很清楚地看到建筑群內部熱量集中的地方。得到該結果后，在深化規劃方案設計過程中，可通過各種措施調整，如增加綠地、水系或者引入自然通風廊道等方法減少高溫區域。
再冷凝器與管道系統整體計算與局部計算
12、儲液罐實程地震分析
采用流固耦合算法計算給定儲水箱在地震在和靜力載荷綜合作用下的應力響應，用于儲水箱抗震分析和應力評定。包括液晃、液固耦合地震響應、基于RCC-M規范的應力評定。
儲液罐地震分析（液晃與罐體響應）
13、新組件廠內運輸桶熱工分析
基于Fluent軟件，建立了運輸桶熱工計算的共軛傳熱模型，包括固體以及內部流體區域，考慮燃料棒發熱、內部自然對流、輻射以及外部對流換熱條件，對運輸桶工作狀態的溫度場進行了計算，為設計改進提供了依據。
廠內運輸筒CFD模型與溫度場
14、新組件廠內運輸桶跌落分析
建立了運輸桶及其內部組件的三維結構模型，包括桶體主體區域主要的承載結構件、仿輻射夾層材料、底部泡沫鋁緩沖材料、燃料棒以及套筒等，采用LS-Dyna軟件對運輸桶21m高度的跌落碰撞進行了分析，分析結果預測了跌落強度破壞區域，為設計改進提供了依據。
廠內運輸筒跌落
展開 本小組成員均為清華大學流體流動與傳熱相關專業優秀博士及碩士研究生（已畢業及在讀），理論基礎扎實，且有相關實際工程經驗，熟練應用Fluent（CFD分析軟件）、Flowmaster（一維流體系統仿真軟件）、HTFS（換熱器設計軟件）等熱工軟件，旨在為企業提供熱工問題的分析與計算技術服務，諸如流動分析、傳熱計算、CFD模擬、換熱器熱工設計等，目前已完成課題：超臨界壓力流體在微細結構內的流動與換熱分析、超臨界壓力流體在多孔介質內的流動與傳熱分析、U型管換熱器CFD模擬、反應堆堆芯熱工水力問題的三維CFD模擬，結果均得到客戶認可與好評。有需要可通過以下方式與我們聯系：
E-mail: zhangyu_03@tsinghua.org.cn; maojie666@gmail.com
Tel: 13810987379 張
QQ：26057270
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（二）熱工水力分析
單通道熱工水力分析：對核反應堆單通道內的冷卻劑流動和傳熱進行模擬，分析通道內的溫度分布、壓力降和熱傳遞特性，評估通道的熱工性能和安全性。
多通道熱工水力分析：考慮核反應堆內多個并行通道之間的相互影響，如流量分配、溫度耦合等，研究多通道熱工水力現象，為核反應堆的熱工設計和運行提供更準確的預測。
3 月 13 日，由中國核學會核反應堆熱工流體力學分會主辦，中核核反應堆熱工水力技術重點實驗室、上海積鼎信息科技有限公司、先進核能技術全國重點實驗室承辦的 “核反應堆熱工水力仿真技術前沿探索與實踐” 線上直播活動圓滿舉辦。本次活動聚焦核反應堆仿真領域的最新進展與挑戰，吸引了近300位行業專家及在校學生的關注。
中國核動力研究設計院反應堆工程研究所副所長、中國核學會核反應堆熱供流體力學分會的理事長
</p><h2 class="ql-align-center">4、CFD在鈉冷快堆設計與分析中的作用</h2><p>計算流體動力學（CFD）在鈉冷快堆的設計和分析中發揮著重要作用，主要體現在以下幾個方面：</p><p><strong>1.熱工水力分析</strong></p><p>子通道分析：鈉冷快堆的燃料組件采用繞絲纏繞棒束的固定方式，冷卻劑通道較為復雜。
這些模型能夠精確模擬沸騰、冷凝、液面晃動等多相流現象，為反應堆的熱工設計、安全分析和性能優化提供支持。
例如，在壁面沸騰的模擬中，VirtualFlow采用N相均相模型和RPI模型，能夠準確預測出口氣含率，與實驗值吻合良好，相比其他軟件在精度上有較大提升。
可壓縮流體解決方案
針對可壓縮流體問題，積鼎科技的解決方案能夠有效模擬核反應堆中的空化、水錘等現象。
PSBT5X5棒束通道流動
管道熱分層計算
冷卻劑/硼混合
多相流相變：多相流模型的準確性和適用性對于反應堆的熱工設計、安全分析和性能優化至關重要。VirtualFlow可滿足核電領域多相流模擬要求：豐富的多相流模型。
儲液罐地震分析（液晃與罐體響應）
13、新組件廠內運輸桶熱工分析
基于Fluent軟件，建立了運輸桶熱工計算的共軛傳熱模型，包括固體以及內部流體區域，考慮燃料棒發熱、內部自然對流、輻射以及外部對流換熱條件，對運輸桶工作狀態的溫度場進行了計算，為設計改進提供了依據。
在核電工程方面，在核反應堆堆芯熱工水力分析，核反應堆保護和控制分析，核反應堆主冷系統流固耦合分析，核級設備應力分析與抗震力學分析等方面需要大規模的計算。
方案設計：
使用BIM技術能進行造型、體量和空間分析外，還可以同時進行能耗分析和建造成本分析等，使得初期方案決策更具有科學性；初步設計：利用模型信息進行能耗、結構、聲學、熱工、日照等分析，進行各種干涉檢查和規范檢查，以及進行工程量統計；施工圖：各種平面、里面、剖面圖紙和統計報表都能從BIM模型中獲取。
（四）城市建筑群熱工分析
主要是分析規劃建筑空間形成后，在自然狀態下得到太陽熱量的自然分布，通過這種熱量分布計算，可以很清楚地看到建筑群內部熱量集中的地方。得到該結果后，在深化規劃方案設計過程中，可通過各種措施調整，如增加綠地、水系或者引入自然通風廊道等方法減少高溫區域。
本小組成員均為清華大學流體流動與傳熱相關專業優秀博士及碩士研究生（已畢業及在讀），理論基礎扎實，且有相關實際工程經驗，熟練應用Fluent（CFD分析軟件）、Flowmaster（一維流體系統仿真軟件）、HTFS（換熱器設計軟件）等熱工軟件，旨在為企業提供熱工問題的分析與計算技術服務，諸如流動分析、傳熱計算、CFD模擬、換熱器熱工設計等，目前已完成課題：超臨界壓力流體在微細結構內的流動與換熱分析、超臨界壓力流體在多孔介質內的流動與傳熱分析
