闭合回路单相自然循环稳态特性研究

针对闭合回路单相自然循环的特点，对回路流动的基本方程进行简化，得出稳态自然循环流量Ｇｓｔ与加热功率Ｑ的１／（ｍ＋１）次方成正比，热源流体进出口温差ΔＴｓｔ与加热功率Ｑ之间的ｍ／（ｍ＋１）次方成正比。某闭合回路单相自然循环实验装置得到的实验结果表明，当Ｑ２２０ｋＷ、ｍ＝１及Ｑ＞２２０ｋＷ，ｍ＝２时，实验值与理论解符合得很好。

一维单相自然循环流量稳态解的型式及实验验证

针对闭合回路一维单相自然循环的特点，对回路流动的基本方程进行简化，得出稳态自然循环流量Ｇｓｔ与加热功率Ｑ的１／（ｍ ＋ １）次方成正比。用以水和氟立昂为工质的自然循环实验装置在不同运行工况下实验得到的结果表明，特征值ｍ 不是常数，它随回路结构、工质及运行工况变化，主要由回路结构及工质决定。

冷热流体混合特性的数值研究

摘要:应用三维热工水力程序AQUA对冷热流体混合时发生的热现象进行了数值分析,并用简化基本方程归一化方法对影响该热现象流动参数分布的因素进行了讨论。结果表明,流场与温度场计算结果与归一化分析相符,温度波动计算结果与自然规律一致。这表明AQUA程序能较好地模拟冷热流体混合时发生的热现象。

位差对系统自然循环能力的影响实验研究

在高温高压热工实验装置上进行了加热段与换热器间三种位差(1.5m、2.0m、2.5m)条件下的单相稳态自然循环能力实验。实验结果表明,在系统总阻力系数和加热段进出口温差确定的条件下,随着加热段和换热器间位差的增大,系统自然循环能力明显提高。

先进压水堆非能动余热排出技术试验研究

总结了中国核动力研究设计院空泡物理和自然循环国家级重点实验室10年来开展的先进压水反应堆非能动余热排出技术试验研究和专用程序开发研究,提出了下一步开展相关工程研究的建议。

旋风除尘器内锥形扩口芯管对其性能的影响分析和实验研究

用平衡粒径模型分析了旋风除尘器内常用的柱形芯管结构存在的缺陷，提出用带锥形扩口和十字板的芯管改进旋风除尘器的内部芯管结构，并用实验研究测得了新型结构减阻增效的幅度．

控制棒导向管外流道旁流特性实验研究

冷却剂流经核反应堆堆芯时,绝大部分通过燃料组件内部流过,带走裂变能量。另外一小部分作为旁流经过燃料组件外侧流道、控制棒导向管外侧及内侧流道流出。为确保反应堆在正常运行工况下的安全性,必须限制堆芯旁流流量。本文通过开展导向管外侧流道阻力特性实验研究,在不同流量工况下获得了分段压差,并进一步拟合了雷诺数与阻力系数的关系式。实验结果表明,导向管外侧流道压力损失主要集中在堆芯下栅格板处,当反应堆额定工况运行时,单组导向管外侧流量仅为0.196m3/h。

中国工程试验堆堆芯入口流量分配特性实验研究

堆芯入口流量分配研究是新型反应堆设计过程中一项重要的工程验证实验,其结果能为反应堆的热工水力及安全分析提供数据支撑。本文针对中国工程试验堆(CENTER),采用缩比模型开展了堆芯入口流量分配特性实验研究,在不同工况下获得了模拟燃料组件、铍/铝组件、钴靶组件及控制棒导向管内的流量分配因子。实验结果表明:在本文研究的工况范围中,堆芯中大部分冷却剂流过模拟燃料组件,同类型模拟组件间的流量分配较均匀,最大流量相对偏差在±4%以内。实验入口总流量对流量分配特性几乎没有影响。

矩形通道单双面加热对过冷沸腾流动传热影响数值分析

矩形通道作为一种紧凑型换热流道结构,在热工水力性能上具有较大优越性,因此该流道结构可用于核反应堆堆芯。目前,对于矩形通道流动换热研究,仍以双面对称均匀加热工况为主,而单面非对称加热由于较难开展实验,相关流动换热研究则较少。因此,本文基于数值分析,采用相关实验数据进行校核验证,分析了单双面加热形式下矩形通道中的温度、速度和汽液相分布,对比了单双面加热形式壁面温度和空泡份额分布的影响,为新型紧凑型反应堆流道结构设计提供了重要参考依据。

错对中对错层布置的控制棒驱动线性能影响分析

CENTER高通量工程试验堆控制棒驱动线考虑到压力容器底部的安装空间紧张采用错层布置方式,需要开展抽插阻力测试、控制棒驱动线落棒试验进行对比,了解错对中值对两种不同布置高度的控制棒驱动线的运行及落棒性能影响,为驱动线的设计定型和安全评定提供必须试验依据。试验结果表明,错对中值增大对不同布置高度的控制棒驱动线落棒性能及抽插阻力的影响趋势是一致的,但在相同错对中值条件下布置于相对低位的长管座型驱动线上下运行所受抽插阻力相对更小,落棒时间更快、落棒冲击力更大。

反应堆下腔室涡流引起堆芯流动不稳定性试验研究

压水反应堆各个环路中的冷却剂在下腔室发生剧烈湍流交混,下腔室腔体内产生大量涡流,会导致堆芯燃料组件入口流量随机震荡,引发堆芯瞬态流动不稳定性,可能影响到反应堆热工、结构安全或传热性能。本文对反应堆内燃料组件区域流动特性开展研究,通过水力学试验手段获得反应堆堆芯在多种运行工况下,下腔室安装流量分配裙和不安装流量分配裙时的堆芯燃料组件入口流量脉动数据,试验结果表明,流量分配裙对下腔室涡流的抑制效果明显,在碎涡整流作用下,堆芯流量脉动明显降低;随着运行环路数的减少,下腔室流场对称性降低,涡流增强,堆芯流量脉动明显增大;下腔室涡流还会对堆芯入口流量分配均匀度造成不利影响,流量脉动偏大区域对应的流量分配因子明显较小。

严重事故下原型熔融物实验研究

为研究严重事故条件下压力容器下封头熔融池分层行为,需将原型熔融物熔化为液态开展实验。本研究采用CESEF实验装置,使用电磁冷坩埚技术熔化原型熔融物,最高装料量为5000 g,最高温度为3000℃。配套的高频电源功率为400 kW,频率为100 kHz。针对华龙一号堆芯熔融物组分开展实验研究,研究发现熔融池出现了明显的分层,一层为金属层,一层为氧化层。通过对金属层和氧化层不同位置取样分析,发现金属层中主要为不锈钢成分、部分U和Zr,氧化层主要为亚氧化状态的U、Zr和O,其他含量很少。

不同注水方式下混合粒径碎片床冷却特性实验研究

液态堆芯熔融物与冷却剂相互作用(FCI)后破碎形成颗粒床,对颗粒床实施有效的冷却可以实现熔融物的滞留并终止事故进程。本文基于原型熔融物FCI实验后的碎片粒径分布和孔隙率,构建了带内热源的混合粒径砂石碎片床,对不同碎片床强化排热措施(顶部淹没水池、自然循环驱动底部注水、周向进水)下的干涸特性进行了研究,实验中发现:顶部淹没水池条件下,碎片床的中上部率先出现汽泡壅塞区,随后在碎片床中下部出现缺液干涸区;自然循环驱动底部注水条件下,极大改善了碎片床底部的缺液状态,干涸热流密度(DHF)提升2.5倍以上,干涸区域位于碎片床中上部;周向进水方式下,DHF也提升2.5倍以上。

熔融物碎片床冷却特性分析程序开发与应用

为分析压水堆严重事故后期形成碎片床的冷却特性,开发了熔融物碎片床冷却特性分析程序。以一维六方程的两相流模型为基础,应用多孔介质流动沸腾传热模型描述碎片床内两相流动传热物理过程,采用控制容积积分法、半隐式、一阶迎风格式对方程进行离散、求解。应用TUTU、COOLOCE、STYX实验结果,从两相流动及干涸热流密度(DHF)2个方面对模型进行验证,发现Hu&Theofanous模型和Reed模型对于粒径相对较大的碎片床的两相流动预测结果较好,而Lipinski模型对小颗粒碎片床的低压DHF的预测精度较高。利用程序对压水堆严重事故条件下熔融物碎片床的冷却能力进行预测,在1 MW/m3颗粒释热率、顶部水池淹没条件下,碎片床可被冷却高度为0.56 m;采用自然循环驱动底部注水冷却方式,碎片床可被冷却高度升至0.85 m。

轴向非均匀加热DNB型临界热流密度理论预测

基于微液层蒸干的临界触发机理,构建非均匀加热下的偏离核态沸腾(DNB)型临界预测模型。模型通过对临界触发点上游的非均匀热流分布进行沿程积分来确定临界位置附近的局部热工水力特性,通过临界点当地热流密度作用下汽块覆盖的微液层是否蒸干判断临界的发生,结合轴向功率分布曲线在流道沿程进行搜索来获取临界发生位置,最终实现了对轴向非均匀加热下DNB型临界热流密度的理论预测。分别采用入口峰、中间峰及出口峰功率曲线下的临界实验结果对该模型及功率因子修正法的预测能力进行对比验证。相对于功率因子修正法,所构建非均匀加热临界模型在3种不同功率曲线分布下均展示了较为准确的临界值和临界位置预测能力,其预测结果要优于功率因子修正法。

径向热流密度分布对并联多通道流动不稳定性的影响研究

以去离子水为工质,在系统压力为0.89~1.32 MPa、入口质量流速为500~750 kg/(m^(2)·s)、入口温度58.5℃~132.3℃的参数范围内,研究了5根圆管[长1400 mm、外径Φ8 mm、壁厚2 mm(1400 mm×Φ8 mm×2 mm)]加热通道内工质向上流动时,在不同径向热流密度分布条件下并联通道内发生流动不稳定时的特征,并对比了其流动不稳定边界。结果表明,在对热通道发生流动不稳定时的参数进行处理时,径向加热热流密度分布对并联多通道流动不稳定边界无明显影响;对于不同热流密度分布的并联多通道结构,其流动不稳定边界和完全对称加热的并联多通道的流动不稳定边界是一致的。

CENTER高通量工程试验堆控制棒驱动线缓冲选型分析

CENTER高通量工程试验堆功率调节及启停操作较为频繁,控制棒驱动线设计时需重点考虑停堆控制棒落棒缓冲效果以保证寿期内使用的可靠性。对6种缓冲结构进行缓冲试验,根据落棒冲击力及落棒时间等关键因素对比选型,确定最合适的缓冲结构。选定结构下的控制棒驱动线落棒时间合适,落棒冲击力不大,适合用于CENTER高通量工程试验堆。

双面均匀加热矩形窄缝通道内DNB型临界热流密度理论预测

基于微液层蒸干的临界触发机理,构建了偏离泡核沸腾(DNB)型的临界预测模型。通过对临界点处的汽块进行受力平衡分析,基于优化后的侧面提升力系数CL,确定了汽块滑移速度、微液层液膜厚度等参数,实现对均匀加热下DNB型临界热流密度的理论预测。采用2种加热长度下矩形窄缝通道内的临界热流密度实验数据对该模型进行了验证。结果表明:模型所预测矩形窄缝通道内的临界热流密度值与实验结果的偏差均在±15%之内,该模型的预测精度高于Bowring公式和Bettis公式的预测精度。

蒸汽发生器泥渣收集器泥渣沉积特性研究

通过数值模拟方法研究泥渣收集器中的流场特性以及各关键因素对泥渣收集器收集性能的影响规律。研究发现,不同切割方式对泥渣收集器流场的影响可以忽略,随着泥渣颗粒浓度的增加,泥渣收集器单次收集量不断增加,但是单次收集率保持不变;在泥渣收集器进出口孔径不变的情况下,随着颗粒粒径的增加,泥渣收集器的收集能力增加;每种颗粒粒径都存在一个最优的泥渣收集器进出口孔径。

可动电磁型控制棒驱动线可靠性增长试验及改进研究

针对可动电磁型控制驱动机构,采用单组控制棒驱动线,轴向1:1的模拟组件,模拟实堆条件下开展控制棒驱动线可靠性增长试验,寻找薄弱环节,并通过驱动机构的失效事件,分析获得了失效机理,针对性地进行优化改进。最后在复用原试验样机的基础上重新进行试验验证。结果表明,可动电磁型控制棒驱动线可靠性增长试验可寻找出驱动机构的潜在不足,经过改进设计后提高了原驱动机构的运行寿命。