设计极高温反应器用的同轴双管式热气管道的方法

摘要

本发明涉及一种极高温反应器用的同轴双管式热气管道。具体而言，当确定内管的外径和压力管的内径从而限定双管式热气管道的环形部时，考虑了热平衡模型和使选自流到极高温区的极高温氦气和流到低温区的低温氦气的平均流速、流量和液压压头平衡的条件，使得同轴双管式热气管道可以最小化流体流动造成的流致振动。

主权项

1.一种设计极高温反应器(VHTR)用的同轴双管式热气管道(HGD)的方法，其中所述热气管道(10)包括极高温氦气(22)在其中流动的衬管(1)、顺序包围所述衬管(1)的第一绝缘体(2)和内管(3)、HGD压力管(5)和包围所述HGD压力管(5)并且外表面暴露于空气(7)中的第二绝缘体(6)，所述HGD压力管(5)与所述内管(3)分隔开而形成作为低温氦气(32)在其中沿与所述极高温氦气(22)流动的相反方向流动的空间的环形部(4)，并且所述衬管(1)、第一绝缘体(2)和所述内管(3)与所述HGD压力管(5)和第二绝缘体(6)具有相同的轴线，所述方法包括：第一步骤，基于所述VHTR的输出、氦气的平均流速和下式(1)和式(2)确定所述衬管(1)的内径(D₁)；$Q^{*}=\stackrel{.}{m}{C}_p{\mathrm{\Delta T}}^{*}---\left(1\right)$$\stackrel{.}{m}=\mathrm{\rho AV}---\left(2\right)$其中Q^*：热输出；质量流量；C_p：比热；ΔT^*：氦气在所述VHTR的流入端口和流出端口的温差；ρ：氦气的密度；A：流动截面积(＝πD₁²/4)；和V：氦气的平均流速，第二步骤，从极限应力(σ)和下式(3)确定所述衬管(1)的厚度(t₁)，式(3)与随所述衬管(1)的内径(D₁)和第二绝缘体(2)的压力(P₀)或偶然情况下压力损失(P*)变化的周向应力有关，并通过用所确定的衬管(1)的厚度(t₁)加上在第一步骤中确定的衬管(1)的内径(D₁)确定所述衬管(1)的外径(D₂)；$\sigma =\frac{P_0{D}_1}{2t_1}$或$\sigma =\frac{P^{*}{D}_1}{2t_1}$(3)第三步骤，基于热传递的预定量和所用绝缘体的热导率确定第一绝缘体(2)的厚度(t₂)和所述内管(3)的内径(D₃)；第四步骤，从极限应力(σ)和下式(4)确定所述内管(3)的厚度(t₃)，式(4)与随在第三步骤中确定的内管(3)的内径(D₃)和偶然情况下压力损失(P*)变化的周向应力有关，并通过用所述内管(3)的厚度(t₃)加上在第三步骤中确定的内管(3)的内径(D₃)确定所述内管(3)的外径(D₄)；$\sigma =\frac{P^{*}{D}_3}{2t_3}---\left(4\right)$第五步骤，设置所述环形部(4)的温降(T₄-T₅)为ΔT，并确定所述环形部(4)的液压直径(D_H)，其满足使选自所述极高温氦气(22)和所述低温氦气(32)的平均流速、流量和液压压头之一平衡的条件，并还满足下式(5)，式(5)与所述环形部(4)的液压直径(D_H)和所述内管(3)的外径(D₄)之间的热平衡有关；$D_H^5{(2D_4+D_H)}^4{D}_4^{-5}=C_0{\left(\frac{4\stackrel{.}{m}}{\mathrm{\pi \rho }}\right)}^4{\mathrm{\Delta T}}^5$(5)$C_0=\left(\frac{\pi C_1}{Q}\right),$C₁＝0.021kρ^0.8μ^-0.8Pr^0.4其中C₀和C₁均为常数，k是热导率，μ是动态粘度，和Pr是普朗特数，第六步骤，确定所述HGD压力管(5)的厚度，使其具有预定的设计强度；和第七步骤，基于传递到空气(7)的热量和所用绝缘体的热导率确定第二绝缘体(6)的厚度。