基于Modelica的并联多通道系统流动不稳定性仿真研究

在核反应堆堆芯并联通道中,流动不稳定性会导致临界热流密度(CHF)明显下降或使堆芯燃料组件产生机械振荡,从而危及反应堆正常运行。为了解决该问题,在参考某高温高压汽水两相热工水力实验装置的基础上,基于NUMAP软件搭建了并联双通道系统模型进行流动不稳定性仿真研究。实验表明,当并联通道数分别为2、3、4时,通过仿真计算相同工况条件下并联多通道系统流动不稳定性边界,流动不稳定性边界计算误差不超过±5%,验证了存在多个并联加热通道时采用并联双通道结构即可获得其流动不稳定边界,证实了该软件对流动不稳定性现象的瞬态分析能力。

并联竖直上升通道内二氧化碳流动不稳定性实验研究

先进超临界二氧化碳(supercritical carbon dioxide,S-CO_(2))布雷顿循环系统因具有紧凑、高效灵活的特点,在第三代光热系统和第四代核电系统中具有良好的应用前景,而布雷顿循环系统中的流动不稳定性威胁着机组的安全运行。为研究竖直上升并联管内CO_(2)的流动不稳定性,该文建立CO_(2)流动不稳定性系统进行实验研究,获得热工参数对流动不稳定性的影响规律;引入无量纲节流系数,构建CO_(2)流动不稳定性预测模型;模型预测效果良好,预测值与实验值吻合良好(误差±20%)。研究发现,增加系统压力、增加质量流量及过冷度范围在5~20℃时,减小过冷度均有利于提高并联管间流动的稳定性;随着出口节流增加,并联管间流动稳定性降低,且发生不稳定性的界限热负荷逐渐减小。

螺旋管中两相流动不稳定性试验研究

螺旋管是直流蒸汽发生器的核心组件,研究其中可能发生的两相流动不稳定性对提高蒸汽发生器的安全性和可靠性具有重要的意义。本文采用垂直向上的螺旋管试验段进行试验,其内径8mm,螺旋直径200mm,螺旋升角15°,总长度3091mm。在试验中,发现存在3种典型的流动不稳定类型:密度波型不稳定性、压力降型不稳定性以及热力型不稳定性。通过分析,得到了流动不稳定性的特征并解释了形成机理。

开式自然循环回路流动不稳定性及其抑制措施研究

为了研究开式自然循环回路运行过程中的流动不稳定现象,并对可能的抑制措施进行验证,本文采用RELAP5程序建立了详细的实验回路分析模型,通过该模型计算结果与实验数据进行比较,验证了该模型在模拟开式自然循环回路流动及其不稳定现象的准确性。在该模型基础上,对自然循环回路运行过程中的流动不稳定现象进行了分析,对采用不可凝气体注入以抑制流动不稳定性现象的措施进行了验证。结果表明,通过在回路上升段注入一定速率的不可凝气体,能够较好地抑制回路运行过程中的流动不稳定现象,并且能够提高回路的循环流速,有利于提高回路排热能力。

自然循环过冷沸腾流动不稳定性的实验研究

以氟里昂作工质,对自然循环过冷沸腾流动不稳定性进行了实验研究。重点研究了流动不稳定性的发生机理以及系统操作参数对流动不稳定性的影响规律。实验结果证实,在自然循环系统内,多数运行工况下会同时发生高频脉动和低频脉动两类流动不稳定性。高频脉动属于声波型脉动,低频脉动属于密度波型脉动。通过实验得出了判断系统稳定性的界限,并使用积分方程无因次分析方法得出了预测流动不稳定性的准则关系式,利用准则关系式拟合实验数据,所得的经验公式与实验结果符合良好。

多管平行通道流动不稳定性类型试验研究

针对由 7根双层套管单管组成的多管平行通道流动不稳定性试验段 ,进行了流动不稳定性类型试验 ,结果表明 ,试验段的管间脉动主要表现为密度波脉动、不规则脉动和热力型脉动 3类 ,与单通道流动不稳定性、两管平行通道管间脉动 。

环形窄缝通道内流动不稳定性试验研究

设计了加热长度为1800mm,间隙尺寸为1.5mm的环形窄缝通道试验段;以去离子水为工质,进行了强迫循环下两相流动不稳定性试验研究。实验压力为1.5～3.0MPa,质量流量为3.0～25kg/h,加热功率为3.0～6.5kW,进口温度为20℃、40℃、60℃。实验发现,在一定加热功率和进口条件下,回路流量低于特定值,会发生不稳定现象。试验研究了进口过冷度、系统压力和质量流量等参数对不稳定性的影响,得到了环形窄缝通道内强迫循环下两相流动不稳定区间。

摇摆运动对自然循环流动不稳定性的影响

分析研究了摇摆运动下的自然循环流动不稳定性和摇摆对不稳定性的类型以及不稳定性起始点的影响。结果表明,摇摆使流动不稳定性提前发生,改变了不稳定性的类型,摇摆引起的波动和密度波型脉动发生叠加。摇摆运动下自然循环存在两个稳定区域,在这两个区域中间包含着不稳定区域。

管长对立式倒U型管蒸汽发生器流动不稳定性的影响分析

自然循环条件下,立式倒U型管蒸汽发生器(UTSG)并联倒U型传热管内存在非均匀流动,部分传热管出现倒流。本工作建立一维、稳态条件下传热管内流动换热模型,采用线性微扰理论对倒流的发生机理进行研究,认为倒流是一种典型的Ledinegg流动不稳定性。结果表明,在进口条件一定时,传热管管长与发生流动不稳定性的特征压降呈非线性关系,存在具有最大特征压降的特征管长。

考虑金属蓄热情况下超临界循环流化床锅炉水冷壁流动不稳定性数值分析

建立了考虑金属蓄热情况下超临界循环流化床(CFB)环形炉膛锅炉流动不稳定性分析的数学模型,采用交错网格对超临界CFB环形炉膛锅炉水冷壁流动不稳定性进行模拟,计算分析了对回路施加热负荷扰动后进、出口质量流量及金属壁温随时间的变化.结果表明:施加1.1倍、1.2倍和1.3倍热负荷扰动后,进、出口质量流量随时间呈反相脉动,最终进、出口质量流量相等且恢复到稳态值,金属壁温随时间波动后也维持在一常数值,表明该工况下水冷壁流动仍是稳定的.

垂直上升加热管道内超临界二氧化碳流动不稳定性研究

超临界二氧化碳(S-CO2)布雷顿循环发电技术被认为是最具前景的发电技术之一。在S-CO2发电系统启动/停机或者较低负荷的条件下,主压缩机送出的S-CO2在不能够充分回热的条件下直接进入S-CO2锅炉,会使S-CO2锅炉气冷壁内的大量S-CO2工作在拟临界温度点附近,致使S-CO2流动不稳定性成为S-CO2锅炉必须考虑的问题。本文以S-CO2锅炉气冷壁最为常见的布置结构(即垂直上升加热管)为研究背景,首先构建了S-CO2流动不稳定性的计算模型,随后进行了大量的数值计算,研究了典型工况下的S-CO2流动不稳定性特点,获取了主要边界参数对界限热流密度的影响规律。结果显示:随着入口压力或者质量流量的增大,界限热流密度显著提升,管内流动稳定性有明显提高;随着入口温度的提高,界限热流密度先降低再升高;对于不同的工况,存在1个临界入口温度,在该入口温度下,界限热流密度最低,管内流动稳定性最差。

蒸汽发生器U型管单相流动不稳定性分析

自然循环条件下,蒸汽发生器并联U型管束内存在单相流动不稳定性,部分U型管内存在倒流现象,对反应堆非能动安全产生负面影响。本文通过对基本守恒方程无量纲处理,采用线性扰动分析理论,获得了U型管内流动不稳定性判断准则(特征格拉晓夫数)。结果表明,当U型管格拉晓夫数高于特征格拉晓夫数时,管内流动是不稳定的,会出现倒流现象。以某型蒸汽发生器为对象,对U型管束流动不稳定性进行判断,通过与现有判别方法进行对比,验证了建立的U型管内流动不稳定性的判别方法。在此基础上,分析了蒸汽发生器一次侧流体入口密度对倒流现象的影响,发现当入口密度降低时,倒流现象更容易发生。本文结论可为蒸汽发生器优化设计提供一定的理论支持。

600MW超临界W火焰锅炉流动不稳定性数值分析

建立了适用于超临界锅炉流动不稳定性分析的通用数值计算模型,编写了以Fortran语言为基础的流动不稳定性数值计算程序,对程序进行验证后,采用时域法对600 MW超临界W火焰锅炉的流动不稳定性进行了模拟。计算得到了W火焰锅炉的水动力特性曲线,并研究了系统参数对其动态流动不稳定性的影响。结果表明：该模型对模拟超临界水流动不稳定性具有一定的可靠性;在0.09~0.3kg/s的流量参数范围内,压降-流量特性曲线始终为单值关系,静态流动不稳定性不会发生;当进口压力由25MPa增大到27MPa或进口流量由0.091kg/s增加到0.1kg/s时,流量脉动的振幅逐渐减小,表明增加进口压力或进口流量锅炉的稳定性提高;当进口阻力系数由10减小到0.5或出口阻力系数由1增大到5时,流量脉动的振幅逐渐增大,表明减小进口阻力系数或增大出口阻力系数锅炉的稳定性降低。

平行通道流动不稳定性的研究

平行通道流动不稳定性的问题是影响各种大型电站锅炉和反应堆系统安全运行的重要因素之一。为弄清流动不稳定性的发生机理,有必要对其主要的影响因素,如上游可压缩容积、系统压力、入口过冷度、入口节流、质量流速、热流密度、出口含汽率、出口过热度等进行综合分析,以便为进一步的机理试验研究提供可行的思路。文中综合了一些典型的研究结果,并针对动态测量等方面提出了建议与设想。

CPR1000非能动余热排出系统流动不稳定性分析

利用RELAP5/MOD3.4程序对CPR1000非能动余热排出系统在全厂断电事故(SBO)下的流动特性进行分析,主要分析了非能动余热排出系统空气冷却器的布置方式和空气冷却塔的高度对蒸汽发生器(SG)二次侧流动不稳定性的影响。计算结果表明,水平布置的空气冷却器可以明显减小SG二次侧流动不稳定性;随着空气冷却塔高度增加,SG二次侧流动不稳定性减小;CPR1000在发生SBO后,非能动余热排出系统完全可以导出堆芯余热,保证反应堆处于安全状态。

超临界水冷堆CSR1000流动不稳定性研究

针对中国超临界水冷堆(CSR1000)建立堆芯数学模型,开发基于频域法的超临界水冷堆流动不稳定性分析程序FREDO-CSR1000和基于时域法的超临界水冷堆流动不稳定性分析程序TIMDO。对程序进行初步验证后,使用其对CSR1000堆芯进行流动不稳定性分析计算,计算结果显示由频域法和时域法计算得到的稳定性边界图都明显分成2个区域,呈现倾斜的双L型,明显存在2个拐点,分别对应流量漂移和密度波振荡2种流动不稳定性现象。2种方法计算得到的CSR1000运行点都处于安全运行空间内,距离流动不稳定性边界较远。

套管直流蒸汽发生器流动不稳定性研究

由于两相流不稳定性在实际应用中的重要性,许多学者对其本质进行了大量的研究。本文从基本的守恒方程出发,建立了1套完整分析套管直流蒸汽发生器流动不稳定性的数学计算模型。此模型采用均相流和相间热力学平衡假设,并考虑了管壁的蓄热。此模型还被用于研究系统压力,质量流速,进口过冷度,进、出口节流和内、外径之比对流动不稳定性的影响。

横摇条件下九通道系统两相流动不稳定性研究

对横摇条件下并联多通道系统的两相流动不稳定性进行了理论研究。基于横摇条件的均匀流模型,通过控制容积积分法建立了并联九通道系统的分析模型。用吉尔方法对系统控制方程组进行了求解。分析了在横摇条件下并联九通道系统入口段和上升段及加热功率对管间脉动不稳定性的影响,得到了相应的不稳定性边界。在低含汽率、高含汽率及低过冷度数区域,系统均不稳定。同时,在高含汽率区域会出现倍增周期现象及混沌现象。

自然循环过冷沸腾流动不稳定性的研究

本文以氟里昂12作工质,对自然循环过冷沸腾流动不稳定性进行了实验研究,实验过程中发现自然循环系统内可能发生高频脉动和低频脉动两类流动不稳定性,并证实高频脉动属于声波型脉动,低频脉动属于密度波型脉动。本文以两相流漂移模型为基础,对自然循环过冷沸腾流动不稳定性进行了数值模拟,数学模型考虑了热力学非平衡即过冷沸腾和过冷凝结对流动不稳定性的影响。数值模拟结果与实验结果符合良好。

超超临界循环流化床锅炉水冷壁并联管流动不稳定性计算分析

本文建立了一个基于时域分析方法的数值计算模型,对均匀加热并联管系统的流动不稳定性进行了计算和分析。在程序验证的基础上,对流体在超超临界循环流化床(CFB)锅炉水冷壁中的非线性动态特征量进行了计算。结果表明,管道进出口的质量流量脉动趋势呈反相分布。在并联系统任意一个管道上施加热扰动,双管进出口质量流量均随时间呈逐渐下降趋势,这说明超超临界CFB锅炉在正常满负荷工况下可以保持流动稳定。在强加热通道上施加扰动时,并联双管的进口质量流量峰值都较在弱加热通道上施加热扰动更大。此外,强加热管比弱加热管在热扰动下展现出更显著的动态特性。通过对不同进口温度和进口质量流量的工况进行计算,得到了基于无量纲数的流动不稳定边界,并对系统参数对不稳定边界的影响作出了相应分析。结果表明:当进口温度较低时,提高进口质量流量将大大增加系统的流动稳定性;当进口温度较高时,进口质量流量对不稳定边界的影响几乎可以忽略不计。