圆管内氦氙混合气体与超临界二氧化碳换热特性对比分析

小型化、高紧凑反应堆系统是陆上多用途能源供给的研究重点,直接热-动循环下的能量转换对冷却剂工质选型提出极高要求。为了明确氦氙混合气体、超临界二氧化碳的工质适用性,本文采用数值模拟方法,对二者在圆管内的换热特性进行计算,对比了2种冷却剂的物性,分析了不同加热功率、入口速度、入口温度对冷却剂换热系数的影响,拟合提出了2种冷却剂工质圆管内换热的经验模型。研究结果表明:反应堆在加热功率超过100 kW/m~2、入口流速大于10 m/s下,对流换热系数较大;氦氙混合气体入口温度在1 000~1 200 K、超临界二氧化碳在入口温度550~600 K附近时,对流换热系数存在极大值;在高雷诺数区(Re>10~4),2冷却剂的修正关系式与计算值吻合良好。本文计算能够为新型反应堆开发提供数据及模型基础。

超临界二氧化碳破口喷放特性数值分析

超临界二氧化碳布雷顿循环系统在发生小破口事故时破口位置处因系统内外压差出现的复杂喷放现象尚未研究清楚。为探究不同上游滞止参数与管道长径比对喷放特性的影响,本文采用数值模拟方法开展三维压力容器小破口喷放现象研究。研究结果表明:上游滞止压力升高或滞止温度降低引起质量流量增加,长径比增加时质量流量减少。上游滞止参数对流量的影响机理主要是参数变化引起密度发生较大改变从而影响喷放质量流量,管道长径比对流量的影响主要因为直径的变化。滞止压力升高时3组工况流量增加值相差5.3%,滞止温度降低时3组工况流量增加值相差90.7%,相比于压力对喷放流量的影响,温度对流量增加速率影响更为显著。

超临界CO_(2)印刷电路板换热器热工水力特性研究

对于超临界CO_(2)布雷顿循环中的印刷电路板换热器,其复杂结构与工作介质的特殊物理性质将导致集总参数方法出现较大的计算误差。为提升印刷电路板换热器的换热参数的计算精度,本文基于Modelica语言,采取分节点建模方法,开发了印刷电路板换热器的热工水力特性计算程序,对其稳态运行时的换热参数进行了分析。结果表明:印刷电路板换热器的通道内超临界CO_(2)的对流换热系数沿流动方向发生显著变化。与设计值相比,分节点计算程序的最大相对误差小于3%,计算精度相比于集总参数方法显著提升,因此有必要采取分节点计算方法以提高计算精度。研究结果可为超临界CO_(2)布雷顿循环系统中印刷电路板换热器的设计和仿真提供参考。

氦氙气冷小堆燃料棒辐射散热特性分析

反应堆堆芯热工安全特性是反应堆系统安全特性最重要的组成部分。氦氙气冷小堆中燃料棒间温差大,辐射散热不可忽略。因此针对氦氙气冷小堆堆芯,不止需要考虑对流换热和热传导两种换热形式,也需要考虑辐射散热对堆芯换热的影响。本文通过建立氦氙气冷小堆堆芯1∶1精细化模型,开展反应堆堆芯内部三维辐射散热特性分析,同时获得辐射角系数。将本文模型计算结果与蒙特卡罗方法结果进行对比验证,两者相对误差小于1%,证明该辐射角系数计算方法的准确性。开展了燃料棒径距比、燃料棒表面温度、燃料棒长度等几何参数敏感性分析,关注其对燃料棒辐射散热特性的影响,并开发出一套具有普适性的堆芯内燃料棒辐射角系数经验关系式。本文通过研究燃料棒间辐射散热特性了解反应堆内辐射散热规律,为后续反应堆堆芯热工安全特性研究提供了技术支撑。

控制棒对核动力航天器辐射屏蔽特性的影响

针对控制棒及其导向管贯穿阴影式屏蔽体的情况,本文进行了核动力航天器全场辐射屏蔽特性的分析,并提出局部屏蔽的优化方案。利用蒙特卡罗方法在核动力航天器全场范围内对中子与光子进行输运计算,求解得到控制棒吸收体处于不同位置时的中子注量率与光子剂量分布情况,分析了控制棒及其导向管对阴影屏蔽体的屏蔽特性及航天器全场辐射特性的影响,并针对辐射薄弱点提出了局部屏蔽优化方案,对优化后的方案进行了计算验证。结果表明:控制棒导向管垂直贯穿屏蔽体会导致仪器平台辐射剂量超限值,极端工况下光子剂量达到限值的10倍,中子注量达到了限值的1.8倍。利用局部屏蔽体可以有效消除控制棒导向管带来的辐射剂量超限问题,能在控制质量增幅的情况下保证仪器平台所处区域的辐射安全。

堵塞沉积对波形板汽水分离器运行特性的影响规律及机理

在核电厂装置运行的热态工况下,波形板汽水分离器内高温高压且湿度较大,易出现腐蚀现象,产生沉积物并影响汽水分离性能。为研究沉积堵塞现象对波形板汽水分离器运行特性的影响机理,本文运用CFD软件对不同堵塞程度的波形板建立了经过合理简化的二维模型,在不同热态工况下对波形板分离器开展数值计算与分析,得到了堵塞程度对波形板运行特性的影响规律和作用机理。结果表明:堵塞沉积的波形板压降和分离效率随工况的变化趋势均与未堵塞时较为相似;沉积物使实际流通截面变小,从而使波形板的压降增大,且压降增幅随堵塞程度增大而增大;沉积物明显影响了液滴的碰撞分离过程,使分离效率降低;在疏水钩未失效前,波形板分离效率的降幅随堵塞程度增大而增大;在压降、效率增幅方面,沉积物在低流速工况下的影响程度更大。研究结果为波形板的沉积堵塞研究及其运行和设计提供了一定的理论支撑和科学依据。

摇摆运动条件下自然循环流动的实验和理论研究

针对摇摆运动对自然循环流动的影响,开展了实验和理论研究.实验分摇摆实验和不摇摆实验2部分,实验结果表明:摇摆造成了自然循环流量周期性波动,波动周期与摇摆周期一致,波动振幅随摇摆频率和摇摆振幅的增加而增加,同时摇摆造成了自然循环平均流量的降低.通过构建数学模型,对摇摆运动条件下的自然循环流动进行了理论计算,计算结果和实验结果符合良好.同时,分析了摇摆对自然循环影响的机理,结果表明,流动阻力系数的增加是造成自然循环平均流量降低的主要因素.

摇摆运动条件下自然循环复合型脉动的实验研究

对摇摆运动条件下的自然循环两相流动不稳定性进行实验研究。实验结果表明:摇摆运动造成的两相流动不稳定性(波谷型两相流动不稳定性)和密度波型脉动相互叠加形成复合型脉动,加剧了系统的两相流动不稳定性。复合型脉动分为不规则的复合型脉动和规则的复合型脉动两部分,复合型脉动仅发生在高欠热度区域。规则的复合型脉动发生边界与相同热工水力参数下的密度波型脉动边界接近且受摇摆参数影响较小。

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。

摇摆运动下系统空间布置对自然循环流动特性的影响

基于摇摆运动条件下自然循环流动的数学模型,研究了该条件下自然循环回路的质量分布、摇摆轴心以及单双回路等系统的空间布置对自然循环流动波动特性的影响.结果表明:由于摇摆运动产生的附加加速度具有时空特性,不同空间位置产生的加速度大小和方向都不同,所以系统的空间布置对摇摆运动条件下的自然循环流动存在较大影响,其中对摇摆轴心的影响最为显著;对于冷却剂系统而言,采用对称布置可以抵消向心力的影响,降低流动速度波动的频率;摇摆轴心位于回路外可以降低切向力的影响,降低波动的振幅,但轴心与回路距离过大时,切向力的影响又会因半径的增加而增加,造成流动波动振幅增加,采用对称双回路布置有利于消除切向力的影响,从而降低总流量的波动振幅;对称双回路布置有利于降低总流量的波动;采用适当的布置,可以有效地降低摇摆运动对自然循环流动波动特性的影响.在设计中,还应综合考虑密度以及质量分布的因素,合理的质量分布可以有效地降低摇摆造成的流动波动.

摇摆运动条件下自然循环温度波动特性

针对摇摆运动条件下自然循环的温度波动特性进行实验和理论研究。实验研究结果表明:摇摆运动造成了系统流量的波动;流量的波动又引起了管壁温度和流体温度的周期性波动;壁温波动的幅度较流体温度波动的幅度大得多;管壁蓄热对流体温度影响较大,造成流体温度波动曲线与壁温波动曲线存在较大相位差。通过建立数学物理模型,对冷却剂波动条件下的温度波动进行了动态模拟,模拟计算结果与实验结果符合良好,证明了理论模型的正确性。

加热管内高速气体温度及速度分布特性实验研究

管内流动换热关系式受加热管进出口工质参数影响大,掌握高速可压缩气体在管端部的温度、压力及速度分布规律,对于流动换热模型研究具有指导意义。文章以空气为研究对象,开展流动换热特性实验研究,获得了不同加热功率和流量条件下的进出口空气温度、压力和压差等参数。结果表明,工况范围内,定性温度选择壁面平均温度时比选择进出口流体温度高1.05~1.4倍;随着入口速度增大,出口速度呈现出非线性变化的特点;质量流量与速度乘积增大时,加速压降份额也逐渐增大,所占份额可达约40%。因此,空气流动换热关系式计算时需要关注气体定性温度、速度的影响,阻力系数计算时应排除测量中加速压降的影响。实验数据为流动换热关系式的精确计算提供了数据支撑。

低压两相自然循环流动不稳定实验研究

针对低压工况两相自然循环流动不稳定的边界进行实验研究.根据不稳定起试点的实验段出口干度,结合流动速,确定出不稳定的类型为第一类密度波型不稳定.采用不同的自然循环密度波稳定边界半经验关系式对不稳定起试点进行了判断,实验结果表明,考虑实验装置几何特性的变化,以水为工质得出的稳定边界与实验结果符合较好,而与以氟里昂为工质的稳定边界对应较差.根据实验数据,按照不同的模型,拟合了该实验的密度波型脉动的稳定边界,拟合结果和实验结果误差在15%以内,表明现有的模型是可行的.

低流速自然循环过冷沸腾汽泡脱离点实验研究

针对低流速环形通道中自然循环过冷沸腾汽泡脱离点特性进行了实验研究,运用Saha-Zuber模型、Bowring模型、Forster模型和Levy模型测算汽泡脱离点的位置,与实验值进行比较,发现由于流速较低,上述模型不适用于计算本实验条件下的汽泡脱离点。以Levy模型为基础,修正了浮力项的影响系数,修正后的模型与实验结果符合良好。

实践教学与科研相结合的创新教育模式研究

为适应培养创新型人才的需要,结合科研项目进行高等教育教学科研相结合的创新教育模式教改研究,根据研究成果,结合其它教改经验,提出了实践教学与科研相结合的创新教育模式,该模式具有创新性强,实施灵活的特点,该模式适用于高校科研项目较多的院系,可作为高校实践教学和创新教育体系的重要组成部分。

基于值学习与策略梯度的深度强化学习在核工程领域的适配性分析

深度强化学习能够实现端到端处理,将高维度的原始输入数据直接转化为输出动作。深度强化学习按照间接和直接的策略优化方式,主要可分为基于值学习和基于策略梯度的两类方法。二者因原理不同,在解决问题的能力和适用场景上存在差异。核领域中的决策问题状态参数维度高,同时决策参数与状态参数之间存在强非线性关系,是深度强化学习的潜在应用场景。本文从强化学习的基本原理出发,归纳了基于值学习和基于策略梯度的强化学习方法的机理差异,并结合目前研究现状对两类方法在核工程领域可能的应用场景进行了深入分析。最后,总结了深度强化学习在后续应用中所面临的挑战及应用趋势。

不稳定条件下水平管单相水流动阻力特性实验研究

针对不稳定流动(脉动流)条件下的实时阻力特性进行了实验研究。研究表明:脉动流造成了摩擦压降特性的改变,摩擦压降随流动波动而波动,且二者存在相位差。分析可知,加速度对摩擦压降产生较大影响,相同大小的流速和加速度下,加速度方向不同时,摩擦压降也不同,加速度为正时,摩擦压降较大,加速度为负时,摩擦压降较小,加速度为0时,摩擦压降为唯一值。在理论分析的基础上,拟合了适用于脉动流条件下的实时摩擦压降计算关系式,拟合结果和实验结果符合良好。

摇摆引起的波动对单相自然循环换热的影响

对摇摆和不摇摆运动下的单相自然循环换热特性进行了实验研究。根据实验数据,分析了摇摆和非摇摆条件下的换热系数,引入加速度影响的雷诺数拟合了适用于摇摆运动下自然循环流动换热计算关系式。结果表明,摇摆引起的流动波动增加了流动换热系数,换热系数随着摇摆振幅和频率的增加而增加;由于管壁蓄热的作用,流动速度和换热系数的变化不同相。新拟合关系式的计算结果和实验结果符合良好。

海洋条件下非能动余热排出系统运行特性

在海洋条件下,非能动安全系统受船舶运动的影响,将产生随时空动态变化的附加惯性力,进而导致系统的运行特性发生变化。基于自编译系统程序,建立适用于海洋条件下非能动余热排出系统运行特性分析的数学模型,分别对海洋条件下六自由度运动状态的系统运行特性进行了计算分析。研究结果表明:摇摆运动会导致系统运行参数发生周期性的波动,并削弱系统的自然循环能力,其中横摇对系统运行特性的影响最为突出;而在横荡与垂荡工况下,尽管海洋条件引入的附加力会引起系统流量波动,但对系统流量的平均值并不会产生影响。此外,研究还表明,在所分析的运动参数谱的范围内,提出的非能动余热排出系统能正常导出堆芯余热。

培养本科生科研能力的意识误区分析

对本科生参与科研活动的意向,教师对本科生参加自己科研项目的接纳程度等进行了调查分析。调查对象包括大学生和大学教师,重点分析了高校部分教师不愿意指导本科生科研创新,在本科生教育和指导过程中,倾向于培养少数优秀学生的意识误区。