板状燃料组件窄缝流道流速分布实验研究

实验研究了平行窄缝流道板状燃料组件的流速分布。实验以无离子水作流动介质,在常压及不同Re条件下进行。实验结果表明:在不同Re条件下,横向单通道流速分布呈中间流速高、边缘流速陡减的梯形分布,符合常规流道流速分布特点;纵向平行多通道间的流型呈中间流速低、边缘流速高的凹型分布,这种凹型分布是由入口结构件造成的,对反应堆堆芯流量的均匀分配不利。

直动电磁阀线圈温升实验研究

控制棒水压驱动技术是由清华大学核能与新能源技术研究院发明的具有自主知识产权的一项新型专利技术。组合阀是该项技术的关键部件,而组合阀是由3个直动电磁阀组成,因此,电磁阀的性能直接影响组合阀的性能,从而影响控制棒水压驱动技术的运行性能。本文就控制棒水压驱动系统运行过程中所出现的工况,对其直动电磁阀线圈进行了温升实验研究,并运用ANSYS软件进行了理论分析。分析结果表明:在电流增大情况下,线圈温度均会增大;线圈内壁温度高于外壁温度;线圈中间温度高于边缘温度。通过线圈温升研究可进一步优化直动电磁阀的设计。

槽孔式水力驱动控制棒槽孔阻力系数实验研究

对槽孔式水力驱动控制棒槽对孔阻力系数进行了大量实验研究,获得了槽孔式水力驱动控制棒槽对孔阻力系数和其随槽对孔位移的变化规律,分析了槽对孔阻力系数与控制棒槽对孔结构参数之间的关系。结果表明:随槽对孔位移的增加,槽对孔阻力系数从某一较大的定值迅速降低到某一较小的定值,然后再迅速返回到初始的定值,形成一个对称的宽幅波谷;槽高使阻力系数曲线波谷幅宽发生变化,也使完全不重合段的阻力系数发生变化;随内套孔径的增大,阻力系数有所降低,其对阻力系数的影响也进一步减弱。孔径增大到一定程度,阻力系数基本不受孔径参数的影响。

带电射流非稳态破碎的可视化试验

采用高速数码相机对毛细管带电射流破碎形态的演化过程进行了可视化研究,探讨了大流量下带电射流破碎的基本形态及射流不稳定破碎模式的转变,分析了物性参数、电压及液体流量对带电射流破碎模式的影响.采用半球形毛细管喷嘴研究锥射流模式向简单射流模式演化的过程,采用普通毛细管喷嘴对比研究去离子水和乙醇的静电简单射流雾化模式.结果表明:在特定电压下,随着流量增加,锥射流模式可以逐渐过渡为简单射流模式;当初始状态为射流时,随着电压增加,大流量下的去离子水静电雾化射流破碎模式主要为曲张不稳定破碎和鞭动不稳定破碎;表面张力较小的无水乙醇更容易产生破碎,还出现了鞭动辅助分叉模式和枝状破碎模式.

潜艇设备冲击响应谱谱跌特性数值分析

[目的]设计冲击谱是舰载设备响应谱抗冲击分析的关键输入条件。为了研究大质量舰载设备安装后的谱跌特性,[方法]以潜艇为例,通过对舱段结构的有限元数值模拟,研究舰载设备在不同连接方式下冲击谱随质量及刚度变化的规律,并与目前广泛采用的国军标GJB 1060.1-91给出的冲击设计谱进行对比。[结果]结果表明:对于单自由度系统,在低频段(位移段)和高频段(加速度段),国军标给出的冲击谱更保守;在中频段(速度段),研究得到的响应谱大于国军标给出的响应谱。对于多自由度系统,依据国军标给出的方法忽略模态间的相互作用将导致计算偏于保守。此外,设备与舱段的连接方式对设备响应谱存在明显影响。[结论]研究得到的各种因素对谱跌特性的影响规律,对潜艇大型设备的抗冲击设计具有借鉴意义。

高温堆热气联箱内部流场分析

以高温堆热气联箱为研究对象,在实验研究的基础上,采用流体力学计算程序CFX5对热气联箱和热气导管内部流场进行了数值模拟,以获得热气联箱和热气导管内的速度场、压力场和温度场,为高温堆热气联箱的设计和实验研究提供参考。数值计算结果表明:热气联箱内气流发生剧烈搅混,加速了不同温度气流间的热传递,有利于高温和低温气流间的温度混合。但存在肋片的区域没有发生剧烈的气流搅混,不利于气流间的热传递。热气导管内温度混合率随其长度的增加逐渐增大,热气导管长度2.5m以上时,温度混合率达到99%以上。

10MW高温堆燃料元件输送速度的测量

介绍了 1 0MW高温气冷堆向堆芯输送燃料元件的管路、输送速度限值及输送速度的测量方法。实际应用证明 ,该方法简单、快捷 ,是理想的速度在线测量方法。

基于开放网络的虚拟仪器测量自动化系统

采用国际领先水平的虚拟仪器技术和网络传输技术 ,建成了具有现代化测量思想的基于开放网络的虚拟仪器测量自动化系统。在系统的应用中 。

基于虚拟仪器技术的多功能振动测试仪

利用最新的虚拟仪器开发平台 ,开发研制了新型的多功能振动测试仪。该仪表将振动软测量技术与虚拟仪器技术相结合 ,集合了多种信号处理算法 ,解决了实验中设备振动参数的测量问题。该仪表信号测量精度高 ,工作稳定 ,环境适应性好 ,并具有良好的功能扩展能力 。

低压低干度自然循环流量漂移分析

在 5MW核供热堆全尺寸全参数模拟试验回路HRTL 5上进行的实验中 ,观察到在一定条件下系统发生静态流量漂移的同时 ,伴随动态流量振荡。本文总结了HRTL 5模拟试验回路上的实验研究结果 ,分析了低压低干度自然循环系统的特点、欠热沸腾和闪蒸的作用机理 ,较完整地描述了自然循环流量漂移的整个过程。分析结果表明 :1 )在自然循环系统中 ,欠热沸腾和闪蒸对流动稳定性具有重要作用 ;2 )自然循环流量漂移是一个长热工过程 ,动态振荡也可以发生在静态流量漂移过程中 ;3 )在静态流量漂移的发生、发展并向动态振荡转变的过程中 ,先是欠热沸腾占主导地位 ,然后逐渐转变为闪蒸占主导地位 ,最后主要表现为密度波振荡的形式。自然循环流量漂移对 5MW堆的设计、安全分析以及升级开发具有重要价值。

自然循环两相漂移流理论分析模型的建立

以5MW核供热堆试验回路(HRTL-5)为物理原型,从理论上推导了加热段欠热沸腾、上升段入口附近的冷凝、上升段闪蒸以及气空间压力平衡等关系式,并考虑了热力不平衡等因素的影响,建立了一个完整的四方程漂移流模型,该模型适用于分析低压低干度自然循环系统的流动问题。通过引入冷凝边界层,首次解决了两相流动过程中汽泡在过冷水中的冷凝问题,对汽空间则推导了压力及液位的约束方程。方程组可采用积分方法求解,并利用Rung-Kutta-Verner方法求解所得的微分方程组。

偏工况下离心泵蜗舌区流场特性研究

基于Navier-Stokes方程和SST k-ω湍流模型,对离心泵内部流动进行数值模拟,分析离心泵蜗舌区瞬态流动特性。计算所得扬程和效率与试验结果吻合较好,模拟方法可行。结果表明:不同流量下,蜗舌区压力脉动的主要影响因素是动静干涉作用,压力脉动主频均为叶频及其倍频;小流量时,压力脉动幅值随流量的减小而增加,压力脉动低频段出现一些复杂激励频率,流量降至0. 4Qd时,甚至出现1/5fr(叶轮转频);设计流量时压力脉动最大幅值在蜗舌端处最大,失速状态下在蜗舌靠近叶轮出口处最大,其值约为设计流量时的4. 9倍,是由此处随时间剧烈变化的旋涡引起。

三角形棒束内铅铋湍流普朗特数模型研究

为准确预测低普朗特数流体在燃料组件棒束子通道内的传热特性,需选取合适的湍流普朗特数模型。针对5种不同的湍流普朗特数模型,基于三角形棒束换热关联式,研究采用剪切应力传输(Shear Stress Transfer,SST)k-ω湍流模型,分析不同的棒束子通道结构,并与液态铅铋实验验证的换热关联式计算结果进行对比,分析不同棒径与节径比条件下各种湍流普朗特数模型的适用性。分析研究结果表明,整体湍流普朗特数模型不仅与雷诺数Re、贝克莱数Pe有关,还与节径比P/D有关;在节径比1.3~1.7范围内Kays学者提出的局部湍流普朗特数模型模拟结果与Mikityuk关系式计算值较为吻合;各种湍流普朗特数模型均有最佳的节径比适用范围。因此,相关模型能够用于不同节径比条件下三角形棒束子通道内铅铋传热特性的预测。

电磁轴承支承柔性转子模型测试与辨识

电磁轴承具有无摩擦、不需润滑、可长时间高速运行等优点,广泛应用于高速旋转机械、特殊工作环境旋转机械等领域。电磁轴承系统的数学模型对于系统分析和控制器设计具有重要意义,但受各种因素影响,计算模型误差较大,往往不能满足设计调试要求。因此,现场测试是获取系统模型的重要手段。提出一种电磁轴承支承的柔性转子的测试与建模方法,该方法通过正弦扫描试验获取闭环系统频响模型,通过变换得到开环频响模型,然后通过辨识得到转子传递函数模型,并在实际系统上验证了提出的方法。

双吸离心泵空化性能试验验证与数值模拟

对一台双吸离心泵的能量特性和空化外特性进行了试验测量,基于SST k-ω湍流模型及Zwart-Gerber-Belamri空化模型对双吸离心泵内部流动进行数值模拟,计算得到的双吸离心泵扬程曲线、效率曲线及扬程随有效空化余量变化曲线与试验结果吻合较好。数值模拟结果表明:随着有效空化余量的减小,叶轮内低压区从叶轮进口处向出口处渐渐扩大,叶轮内空化沿叶片吸力面从叶片头部向叶片尾部逐渐发展,并集聚在叶片吸力面顶部附近;泵扬程下降的主要原因是叶轮内空泡的阻塞作用,并叶轮内空化发展到一定程度时叶轮流道内出现旋涡区,使影响叶轮内部流态,导致泵扬程突降。

压水堆主冷却剂中氚源项计算分析

压水堆主回路冷却剂流经堆芯时,水中固有及特加核素受中子辐照后会产生氚,氚几乎全部以气体和液体的形式排入环境,造成氚污染。因此,氚是压水堆辐射环境影响评价的主要关注内容之一。本文以AP1000为例,根据压水堆主回路冷却剂中氚的产生途径及其随时间的变化情况建立详细的计算模型,计算压水堆主回路冷却剂中的氚活度并分析各产氚途径对氚产生量的贡献。计算结果表明:主回路冷却剂中的氚主要来源于可溶性硼的中子活化和铀裂变,对氚产生量的贡献达80%以上;在7 Li纯度为99.9%时,AP1000主回路中的年产氚量为5.23×10^(13) Bq,锂产氚量占总量的14.01%,随7 Li纯度的增加,锂产氚量的贡献呈线性减小,在7 Li纯度为99.99%时,锂产氚量占总量的3.18%。其他途径对氚的产生量贡献很小,可忽略。根据以上结果,可通过控制主回路冷却剂中添加的初始硼浓度、提高燃料包壳质量、增加LiOH中7 Li的纯度等多种途径来降低主冷却剂中氚的产生量,从而减少氚对环境的放射性污染。

HDF5格式多群截面数据库AXELIB的加工与验证

针对常用多群截面数据库所使用的文本格式或二进制格式存在的缺点,本文设计了HDF5格式分层存储核数据。基于评价核数据加工处理程序NJOY2016,本文开发了核数据处理模块AXER,对NJOY2016程序加工得到的GENDF格式数据处理来产生HDF5格式的多群截面数据库AXELIB。本文同时开发了PyNjoy2016系统,并使用AXELIB进行了各种数值计算,计算结果与OpenMC程序的进行对比,证明了核数据处理方案的可靠性和加工得到的AXELIB的准确性。研究表明:评价数据库的版本会对数值计算结果产生较大影响,本文方法既保留了二进制格式占用内存空间小读写速度快的优点,又能方便用户进行数据查看。

基于液滴碰撞模型的AP1000波形板汽-水分离器性能及结构优化研究

基于已有的液滴碰撞模型,采用数值模拟方法研究了AP1000波形板汽-水分离器的分离性能,通过优化波形板内部结构得到了具有高效低阻特点的波形板。首先采用液滴碰撞模型对波形板内液滴行为进行数学描述,然后对模型进行了数值求解。随后通过模拟液滴在波形板内的运动和碰撞等行为,得到了波形板对含有不同直径液滴、不同入口液滴体积份额的湿饱和蒸汽来流的分离性能与其内部湿度分布。进而通过对波形板结构的改造设计,达到了提高分离效率、降低流动阻力的目的。本文所采用的数值模拟方法对AP1000波形板汽-水分离器的性能优化有着实际的指导意义。

虚拟热工测量技术的研究和开发

本论文提出了在热工实验中应用虚拟仪器技术的方法,并据此研究和开发了虚拟热工测量平台。此热工测量平台包括各种常规热工测量仪表,不仅具有传统仪表的测量和处理功能,同时充分利用了计算机强大的计算能力,更加完善了仪表的数据表达、处理和修正的功能,具有自动化程度高、测量更加精确、数据处理迅速、分析表达直观等特点。本文的虚拟热工测量技术主要内容包括常规热工测量仪表库和热工仪表校验技术。

线性子链法在脉冲中子活化计算中的应用

核聚变装置大多在脉冲工况下运行,不同的脉冲运行模式会对材料活化计算产生影响,脉冲的处理方法以及活化计算方法的选择直接决定了计算结果的精度。本文采用线性子链法和解析解公式计算反应链中各核素的数量随时间的变化情况,并通过回溯算法搜索所有参与计算的反应链。针对脉冲中子活化问题,将真实脉冲通过稳态(SS)方法、等效稳态(ESS)方法、连续脉冲(CP)方法进行等效处理,从而简化计算过程,并在此基础上编制了用于脉冲中子活化计算的TACT程序。最后基于天然Fe活化基准题,根据惯性约束聚变装置(IFE)和磁约束聚变装置(MFE)的典型脉冲周期对TACT程序进行测试计算,比较了各种脉冲处理方法的准确度。结果表明:对于IFE和MFE的典型脉冲运行模式,以ESS为前段的CP方法的准确度均优于其他方法;对于CP方法,只需适当保留末尾的真实脉冲数即可达到一定的精度。