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。

基于精细化建模的换热管涡激振动数值研究

为了研究换热管的涡激振动行为,本文基于大涡模拟方法建立了精细化流场计算模型。采用HHT-α方法求解结构动力学方程,结合局部动网格变形技术,得到了换热管涡激振动流固耦合计算模型。以雷诺数为3900的固定圆柱绕流算例和Jauvtis&Williamson的经典涡激振动实验分别对流场计算模型和结构场计算模型进行了验证分析,并研究了不同约化流速下换热管的振动响应、运动轨迹、尾迹模式等。结果表明:建立的涡激振动计算模型可以准确地预测单根换热管的涡激振动行为。本文研究对建立换热管管束结构的流致振动计算模型具有借鉴意义。

窄矩形通道两相流动沸腾压降特性实验研究

实验研究了横向均匀和非均匀(多项式和正弦分布)加热条件下垂直矩形通道(2 mm×60 mm×1000 mm)的沸腾压降特性,实验段为双面加热,有效加热面尺寸为56 mm×700 mm。工作流体为去离子水,通过改变入口压力和流量边界开展不同参数工况下的实验研究。结果表明,两相压降梯度随饱和压力的增加而减小,随质量流速的增加而增大,含气率对两相压降的影响与质量流速有关,横向功率分布形式对流动沸腾压降也有重要影响。基于均匀加热实验数据对现有的两相压降预测模型进行了评价,发现使用等效黏度假设的均相模型极大低估了实验值,且预测结果的分散度较大;分相模型中Müller-Steinhagen和Heck、Li和Wu关系式预测效果最好,平均绝对误差分别为11.8%和12.3%,且大多数预测值在±20%误差带内。本文基于Müller-Steinhagen和Heck关系式形式引入邦德数Bo考虑表面张力的影响,拟合得到新的预测关系式,该关系式对实验数据的预测误差在±8%的误差范围内。

自然循环瓣阀开启行为的分流域耦合仿真方法

为了探讨主泵失效事故初期自然循环瓣阀开启过程中反应堆堆芯及堆水池的流场变化及自然循环瓣阀不同的结构参数对堆芯内部冷却剂导出的影响,本文以自然循环瓣阀结构为核心建立了反应堆三维数值模型。采用重叠网格方法对自然循环瓣阀的开启行为进行仿真分析,获得了不同安装高度的自然循环瓣阀开启过程的速度场、自然循环瓣阀流道和堆芯进出口的流量变化。从定性和定量的角度分析验证了自然循环瓣阀的可靠性,为自然循环瓣阀的最优化设计提供了参考。

空间核动力系统研究在创新型人才培养中的应用探索

空间核动力航天器系统具备续航时间长、功率大、用途广等优势,对于探火工程、深空探测、长期驻留、星表能源基地等空间任务具有广泛的技术带动作用,实现核能的空间应用对未来国家在航天领域拓展具有重要意义。空间核动力系统运行特性研究作为空间核动力航天器研发的重要一环,对于航天器安全分析至关重要,如何在开展系统特性科学研究的同时做好导学思政及研究型人才培养工作,是创新型人才培养及新型科研育人系统建立过程中需要解决的关键问题。结合空间核动力系统研究在创新型人才培养中的应用探索及经验,探索出了一条“融科学研究、科研育人与导学思政为一体”的人才培养模式,能够为人才培养体系完善提供理论和实践参考。