核电作为一种清洁、高效的新型能源,是我国能源战略上重要的组成部分,未来几年,我国将重点发展核电技术。核电安全一直是阻碍核电发展的主要问题,核电厂的安全事故可能导致极其严重的后果,提高核电站运行安全性和可靠性至关重要。反应堆蒸汽发生器是核电厂三大设备之一,它既是连接一、二回路的枢纽也是分隔一、二回路介质的屏障,研究蒸汽发生器热工水力学相关规律,是提高设备运行效率、维护设备安全的基础。卧式蒸汽发生器运行过程包含着复杂的气液两相流,涉及沸腾换热、自然循环、强制对流换热、流固耦合、干燥等物理现象,其结构复杂且承受着高温、高压、热冲击等载荷,结构安全问题尤为突出。由于设备运行数据难以直接测量,数值分析成为重要的研究手段,但是综合考虑这些物理现象的卧式蒸汽发生器整体三维热工水力学数值分析是一件非常困难的事,迄今为止,尚未见到国内学者关于卧式蒸汽发生器整体三维热工水力学的研究,国外有学者仅做过一些针对简化模型的工作,计算结果的准确性也需要改进。本文运用Fluent软件对卧式蒸汽发生器进行整体三维热工水力学仿真计算,用Ansys软件对结构进行瞬态应力分析。首先,运用Fluent建立蒸汽发生器截面详细模型,进行二维流场计算,然后基于多孔介质模型简化U型传热管束和均汽板,建立蒸汽发生器整体三维模型,通过Fluent用户自定义函数UDF实现蒸发冷凝、一、二回路耦合换热以及干燥器的数学物理模型,对卧式蒸汽发生器进行三维稳态流场和温度场仿真,并将三维计算结果与二维计算结果进行对比分析。随后,将三维计算得到的蒸汽发生器的温度场作为输入条件,用Ansys软件对结构进行热应力分析,其中,运用代表体元(RVE)方法对集流管和传热管束连接区域的材料进行等效,并对结构的开孔区域进行简化。计算结果表明,本文的热工水力学计算模型能够很好地模拟传热管束的传热特性,得到的结果基本符合监测结果,所建立的结构计算模型有效地解决了集流管局部结构的复杂性问题,大大缩小了计算规模,所得到的运行工况下结构的应力状态,能够为结构强度评定和疲劳寿命分析提供依据。