基于高精度子通道程序的棒束临界热流密度机理模型

传统棒束临界热流密度关联式受限于子通道粗糙的划分方式以及棒表面局部参数计算的不准确性而无法有效外推,针对特定燃料组件开发的棒束临界热流密度关系式只能用于特定的棒束几何结构。对于导向管存在的棒束结构仍需额外的修正,不满足局部现象假设,无法实现真正的预测。为满足新型燃料组件以及新型堆等不同棒束几何下临界热流密度的预测需要,基于西安交通大学开发的高精度子通道程序建立了棒束临界热流密度机理模型。高精度子通道程序在原有子通道划分的基础上进一步细分,并结合格架分布式阻力模型使流场的计算更加细致准确。对基于高精度子通道程序开发的棒束临界热流密度机理模型进行了验证,预测值与实验值之比的平均值为0.99,均方差为4.69%,且无需对冷壁效应进行额外修正。

γ射线法测量高压管束间气液两相流的截面含气率分布

在立式蒸汽发生器垂直管束间的气液两相流中,截面含气率是其中一个重要参数。使用γ射线法对高温高压下垂直管束间气液两相流截面含气率的分布规律进行了实验研究。实验压力分别为5、7、9 MPa,质量流速为300 kg/(m^2·s),热力学干度的范围为0.003～0.4。实验得到了垂直管束间截面含气率随热力学干度、体积含气率和压力的变化关系;并与经典公式的计算结果对比发现,在低干度区域,实验结果与Miropolskii模型、Smith模型和Armand模型偏差较大,均大于30%,在高干度区域偏差较小;基于Armand理论,通过多元线性回归法拟合出本文工况下平均截面含气率的计算关联式,与日本核动力工程公司(NUPEC)的实验数据偏差小于15%。本研究对蒸汽发生器的结构设计和流动特性研究具有重要意义。

环形燃料棒束再淹没行为实验研究

环形燃料是一种可在维持或提升安全裕度的前提下大幅提高反应堆经济效益的新型压水堆燃料,由于其双面冷却的特点,环形燃料在LOCA再淹没阶段的热工水力行为与传统实心燃料存在显著差异。现有关于环形燃料再淹没行为的实验研究鲜有报道。本研究基于自主设计的高温环形电加热棒建立了环形棒束再淹没实验装置,开展了3×3环形棒束底部再淹没实验研究,探究了环形棒束再淹没典型物理过程及不同工况下再淹没关键参数的变化规律。结果表明,环形棒束再淹没物理过程与传统实心棒束类似,且内外通道的骤冷前沿推进和传热模式变化趋于同步。在同一时刻下,环形棒内外壁面间存在温度梯度。骤冷前沿推进速度随再淹没速度和过冷度的增大而增大,随峰值包壳温度和线功率密度的增大而减小。此外,定位格架在低流速、低过冷度与高壁温工况下能显著提升下游的骤冷前沿推进速度。

基于PIV技术流动调整器性能试验研究

管内流态畸变对压差式流量计的测量精度有较大影响。在流量计的上游安装流动调整器,可以达到改善甚至消除流态畸变、提高测量精度的目的。为了研究流动调整器的整流效果及性能,选取竖直双弯头(90°布置)和半开阀门(50%开度)两种涡发生器来产生流态畸变,采用PIV测速技术,对管束式流动调整器、AMCA调整器和Zanker流动调整器三种流动调整器的整流效果进行实验研究。研究结果表明,相较于无流动调整器情况,三种流动调整器均能明显起到改善流态畸变的作用。其中管束式流动调整器和AMCA调整器可以有效地消除径向速度波动和漩涡流动,而Zanker流动调整器消除速度不对称分布的能力最强,同时带来的压力损失也最大。

横纹槽管内插扭带复合强化传热的试验研究

不同强化传热方式的复合会产生不同的传热效果,通过试验将不同扭率的扭带与同一规格横纹槽管复合强化传热的效果进行对比。试验以高黏度的导热油为工质,

弹状流液弹区含气率分布的试验研究

采用光纤探针法和高速摄影法对垂直上升气液两相弹状流的液弹区含气率分布进行了试验研究,测试管径为15 mm。一种基于机器学习的图像处理技术用来识别气液两相界面,通过搭建气泡边界提取的神经网路系统,使用构建的气泡边界数据库对模型进行多次迭代训练,该方法可以有效地识别多种复杂类型的气泡边界。试验得到了弹状流液弹区的径向含气率分布曲线,结果表明,壁峰分布是液弹区含气率分布的主要形式,其中泰勒气泡的尾迹效应对分布形式有重要影响,尾迹的旋涡中心和含气率分布的峰值相对应。针对弹状流液弹区径向含气率分布的两个主要特征--中心局部含气率和壁峰位置,分别提出了相应的预测公式,且与本文的试验数据吻合良好。

钛合金螺旋扁管换热器流阻与传热性能实验研究

为研究钛合金螺旋扭曲扁管换热器壳侧选用高黏度导热油的传热规律,对钛合金螺旋扁管换热器的壳侧在层流(Re<2 000)与过渡流(2 000<Re<9 000)状态的传热性能进行实验研究,与分别采用钛合金圆管与螺旋槽管作为换热元件的折流板换热器进行比较,根据实验数据并采用多元线性拟合对扁管壳侧的努塞尔数Nu与阻力系数f进行拟合,其最大拟合误差都是±10%。实验结果表明,螺旋扁管换热器的壳侧在层流与过渡流均有明显的强化传热效果,其强化传热指标h/Δp是螺旋槽管换热器的1.7~2.5倍,光管换热器的2.3~4倍。在层流与过渡流状态下,扁管尺寸、Re、Pr对传热影响较大,螺旋扁管换热器特别适合层流换热。

单棒表面沸腾危机现象可视化研究

本研究通过可视化的方式探究了单根加热棒表面的沸腾危机现象和定位格架对气泡行为的影响。单棒方形通道方腔为19 mm×19 mm,中间放置直径为9.5 mm的均匀加热棒,流体工质为R-134a,实验工况压力为1.8~2.7 MPa,质量流速为600~2100 kg/(m^(2)·s),进口过冷度为10~40℃。利用高速摄像机观察了沸腾危机过程中的现象以及定位格架对气泡行为的影响,并对比了相同流动条件下有无搅混翼叶片的临界热流密度(CHF)实验结果。实验结果表明:发生沸腾危机时,局部膜态沸腾所形成的气膜向周向扩展直至棒表面形成稳定的膜态沸腾。定位格架对气泡行为的影响主要体现在条带-弹簧对气泡的撕裂作用和搅混翼叶片引起的旋流。搅混翼叶片对CHF的增强作用随质量流速和压力的增加而增加,低质量流速下,CHF强化作用不明显。

环形通道内棒偏心和弯曲工况临界热流密度机理研究

本文分别从两种不同类型的临界热流密度(CHF)的触发机理出发,分析了内棒偏心和弯曲对CHF的影响。以氟利昂(R-134a)作为流动工质,在竖直向上流动的环形通道内开展了仅内棒加热的CHF实验研究。实验段包含3种形式:同心、偏心和弯曲。偏心实验结果表明:在高过冷工况下,内棒偏心将对CHF造成惩罚,且偏心率为0.783的实验段对CHF惩罚更严重;在低过冷工况下,偏心效应减弱。高压高质量流速工况,空泡漂移效应会导致偏心率为0.783的CHF大于偏心率为0.435的CHF。弯曲实验结果表明:小闭合度的弯曲对CHF几乎没有影响。大闭合度的弯曲对于低质量流速的Dryout型CHF,弯曲棒会破坏液膜的稳定性;对于低质量流速的DNB型CHF,空泡漂移效应远小于偏心通道,弯曲的CHF小于相同最小间隙下偏心的CHF。

5×5均匀加热棒束底部再淹没实验研究及热工安全分析程序评价

核反应堆安全分析中的冷却剂丧失事故(Loss of Coolant Accident,LOCA)是反应堆安全的重要研究对象之一,LOCA事故中的再淹没阶段棒束通道内的热工水力行为是其中一个十分关键的问题。利用西安交通大学核安全与运行研究室的膜态沸腾实验平台,本文开展了对5×5均匀加热棒束开展了底部再淹没实验研究。通过求解一维瞬态逆导热问题获得再淹没过程中加热棒束的表面参数,探究了不同实验条件对骤冷前沿推进速度的影响,使用热工安全分析程序RELAP5对实验结果进行对比计算,总结了其在模拟再淹没过程中存在的问题。结果表明:1)再淹没过程中高进口流量、高入口过冷度和低功率密度更有利于骤冷前沿的推进;2)RELAP5模拟的骤冷时间总均方根误差40.994 s;包壳峰值温度(Peak Cladding Temperature,PCT)总均方根误差61.465 K。模拟值在后临界热流密度(Critical Heat Flux,CHF)换热阶段与实验值相比误差较大,问题主要集中在沸腾模式判断和膜态沸腾换热模型上。本文中的实验数据可为再淹没过程的流动传热预测模型提供新的验证数据,也可用于评价和优化热工安全分析程序。

单棒垂直方形通道临界热流密度实验研究

采用R134a作为流体工质,对单棒垂直方形通道临界热流密度(CHF)进行了实验研究。流道横截面为19 mm×19 mm的方形通道,内置外径为9.5 mm的单根加热棒,用来模拟压水堆中典型栅元通道。实验工况通过流体模化方法覆盖了压水堆典型运行工况。实验结果表明,R134a在方形通道内的CHF参数趋势与圆管中水的CHF参数趋势相同,R134a可以替代水作为模化工质;通过对圆管Bowring关系式和Katto&Ohno关系式进行冷壁因子修正,可用于预测带有冷壁的方形通道的CHF;Katto的流体模化方法适用于带有冷壁的方形通道。

钛合金螺旋扭曲管内强化传热实验分析

以去离子水为工质,研究了钛合金螺旋扭曲管内的强化传热与流阻性能,并与钛合金圆管比较;根据实验数据拟合螺旋扭曲管内努塞尔特数和阻力系数的实验关联式,并与经典对流传热关联式比较.结果表明,Dittus-Boelter方程、Sieder-Tate方程、Михеев方程和Gnielinski方程适用于模拟螺旋扭曲管内对流换热特性.

横纹槽管内插断续扭带复合强化传热的实验研究

本研究以导热油为工质,在层流和过渡流(Re<7 000)范围内研究横纹槽管内插三种不同规格的断续扭带和同扭率(Y=4.13)连续扭带的流动与强化换热特性。将实验数据进行回归分析得到了阻力系数和Nu的实验关联式,为复合强化传热的计算提供了理论依据。研究表明:横纹槽管内插扭带的综合换热性能优于内插相同扭带的光管,横纹槽管内插长度为66 mm的断续扭带的综合换热性能要优于同条件下内插连续扭带的光管。实验结果可为换热器的改造和新型换热器的设计提供理论依据。

光纤探针法测量泡状流精度的试验研究

采用高速摄影法,对光纤探针测量泡状流局部含气率的精度进行了试验研究。光纤探针从侧面插入静水之中,气泡从底部自由上升,与光纤探针相互作用。被测气泡的直径范围为0.9~2.2 mm,气泡上升的速度为0.25~0.3 m/s。受探针影响,气泡的变形效应、减速效应和漂移效应是带来误差的主要方面。气泡的变形效应和漂移效应使得待测弦长减小,会使含气率测量值降低;气泡的减速效应使得被测气泡速度减小,增大了探针在气泡中的停留时间,会使含气率测量值增大。综合三种效应,测量局部含气率的误差主要受到探针刺入气泡深度和气泡半长轴的比值x/a的影响。光纤探针的测量结果具有统计意义,本文给出光纤探针测量泡状流局部含气率的平均误差为-8.4%。

柳树

在我家不远的长安河畔,长着一棵柳树,那里是我们经常去玩的地方。柳树是从河岸的沙滩地方长出来的。长长的枝条从四面伸展,又垂下来,一半遮住河水。

氟利昂CHF数据对压水堆工况下LUT-2006过冷CHF预测能力的评估

以R-134a为模化工质,在内径为8 mm的圆管中进行了临界热流密度(CHF)实验研究。讨论了R-134a的CHF参数变化趋势,评价了Katto的流体模化方法。结果表明,CHF仅受局部参数影响,长径比的影响可以忽略。R-134a的CHF参数趋势与典型水的CHF参数趋势相似。Katto的模化方法在低临界含气率甚至是负临界含气率下都有很高的精度。将R-134a的CHF实验数据通过模化方法转换成等效水数据,并与CHF查询表(LUT)-2006进行了比较。评价结果表明,即使在几乎没有过冷CHF数据的压水堆工况,LUT-2006仍具有很高的预测精度。