球床堆流动与传热数值模拟

采用离散元方法(DEM)模拟球床反应堆内燃料球的随机分布,通过计算流体力学(CFD)方法研究球床堆内的流动与传热。结果表明:球与球之间的间隙处压力较低;而流速、温度、涡强度较高。沿径向分布,压力、涡强度、换热系数随孔隙率的增加而降低;流速随孔隙率的增加而增加。

含内热源多孔介质通道内ONB特性

对含内热源多孔介质通道内过冷沸腾起始点(ONB)的特性进行了实验研究,采用壁温拐点法确定了ONB。在表观流速为0.025～0.050m.s-1,热通量为7.5～52kW.m-2的范围内研究了各参数对ONB的影响规律。实验结果表明:出现ONB时壁温存在一个明显拐点;越靠近实验段出口,出现ONB所需壁面过热度越小,表面热通量越低;表观流速越高,出现ONB所需壁面过热度越大,表面热通量越高。

含内热源多孔介质内流动不稳定起始点特性研究

针对多孔介质内流动不稳定起始点特性进行了实验研究。研究结果表明:热流密度越大,系统稳定性越弱;入口过冷度对系统的稳定性影响呈非单调性变化。对实验数据进行回归处理,提出了含内热源多孔介质内不稳定起始点的计算公式。

含内热源堆积球床对流换热特性的实验研究

为了研究含内热源球床通道内的换热特性,采用直径为8 mm表面氧化碳钢球堆积形成球床,并采用电磁感应加热方式对球床进行整体加热.研究了球床通道内部的功率分布情况和换热系数随热流密度、工质Re的变化规律;并且根据实验数据拟合得到了球床通道内换热系数的无量纲准则关联式,拟合结果与实验结果的偏差在7%以内,符合良好.

强内热源球床通道单相对流换热特性实验研究

球床水冷反应堆的堆芯为球形燃料元件堆积成的多孔通道,具有显著的强化换热作用。球床通道内的孔隙因具有多变性、随机性的特点,换热情况非常复杂,相关研究较少。为了研究含内热源球床通道内的换热特性,本文用直径为8mm碳钢球堆积形成球床,以蒸馏水为工质,采用电磁感应加热方式对球床进行整体加热,研究球床通道内部的换热特性。通过对实验数据进行分析,得到了球床通道内部的功率分布和换热系数随热流密度、工质Re的变化规律,根据实验数据拟合得到了球床通道内平均换热系数的无量纲准则关联式,拟合结果与实验结果的相对偏差在12%以内,符合良好。

含内热源多孔介质通道内流动沸腾两相压降的预测

为预测含内热源多孔介质通道内流动沸腾的两相阻力压降,以Ergun方程为基础,定义了多孔介质通道的Chisholm参数Y和全液相折算因子Φl0。通过理论分析和实验数据测量,明确了出口质量含气率xe、质量流速G和小球直径d等对参数Y和Φl0的影响,并提出1个Lockhart-Martinelli(L-M)类型的两相阻力压降关系式。与文献中的其他公式相比,本工作提出的公式对实验结果能做出更好的预测。

整体加热球床通道内流动过冷沸腾起始点的实验研究

以新概念球床水冷反应堆为背景,对含内热源球床通道中流动过冷沸腾起始(ONB)点的相关特性进行实验研究。选用直径8 mm的表面氧化碳钢球形成随机堆积床,利用电磁感应技术对球床整体加热,研究孔隙质量流速G、工质入口温度Tin和轴向测量位置对ONB点热流密度qONB的影响。实验结果表明,当热流密度q增加到一定值时,壁温Tw随热流密度q的变化曲线会出现拐点,此拐点即为含内热源球床通道内流动ONB点;qONB随G的增加而增大,随Tin的升高而减小;越靠近球床通道出口,qONB越小。导出了计算含内热源球床通道内qONB的无量纲准则关系式,预测值与实验值的偏差在±20%的范围内。

填充床中沸腾传热迟滞现象的实验研究

本工作对由直径为8mm的表面氧化后的碳钢球组成的填充床中的流动沸腾传热进行实验研究。通过逐步增加和减小热流密度的方式来控制沸腾起始与沸腾强度,监测到发生在填充床中的沸腾迟滞现象,研究了填充床中各种沸腾迟滞现象随着填充床内不同轴向和径向位置、表观流速等因素的变化规律。实验表明:高流速、远离出口、靠近管壁的情况不易出现成核滞后;增大表观流速、填充物表面粗糙度可增大沸腾湮灭滞后程度。

变粘性效应对含内热源多孔介质通道内流动阻力特性的影响

在整体加热多孔介质热工水力实验回路上,以纯净水为冷却工质,研究变粘性效应对含内热源多孔介质流动阻力特性的影响。结果表明,流体流过加热多孔介质通道时,由于温度变化引起粘度的改变对多孔介质流动阻力特性产生影响。低雷诺数时变粘性效应对阻力压降的影响显著,随着雷诺数的增加其影响逐渐减弱。入口温度较低时,加热与绝热情况下的无量纲阻力压降曲线有明显差别;随着入口温度的升高,两者之间的差别逐渐减小,曲线最终趋于一致。提出了新的Hazen-Dupuit-Darcy(HDD)模型的修正因子ξμ和ξC,由此得到的阻力压降系数的计算值与实验值的相对误差在±11.8%的范围内。

小型堆硼化过程化学停堆能力分析

本文分析了小型堆在卡棒事故下通过化学停堆手段使反应堆安全停堆的条件,通过对不同工况下硼化过程需要的硼酸注入量和硼酸充注时间进行理论计算,对比分析了卡棒数量、硼酸注入浓度和充注流量等不同因素对硼酸注入量和充注时间的影响,所得结果表明化学停堆能力满足相关要求,为系统优化设计提出建议并为安全分析提供参考。

含内热源球床通道内过冷流动沸腾汽泡行为特性研究

为加深对含内热源球床通道内流动过冷沸腾换热机理的研究,采用高速摄像仪对通道内流动过冷沸腾时的汽泡行为进行了可视化实验研究。结果表明:汽泡在通道内很容易受到球体的阻碍而附着于球面上,受到阻碍的汽泡将沿球面进行滑移运动;汽泡存在大量的"重生现象",即生成的汽泡在生存阶段可能出现多次生长的情况;在球与球接触的角区,会产生稳定的汽化核心点。角区的结构形式对汽泡的脱离直径及脱离频率产生较大的影响。