低压高过冷度下自然循环流动不稳定性实验研究

对具有长直上升段的自然循环系统,开展了流动不稳定性实验研究。同时,详细分析了低压、高入口过冷度条件下典型的流动不稳定现象。实验表明:自然循环系统的结构、流体的热边界条件会影响自然循环的运行特性及流动不稳定性类型。较高入口过冷度下,高热流密度导致系统脱离稳态后,很难重新回到稳定的两相自然循环流动状态。随着热流密度的提高,系统会经历间歇沸腾、复合动态流动不稳定性等状态。依据实验结果得到了高入口过冷度下的不稳定性边界图。在两相振荡期间,自然循环驱动压头和回路阻力的主要影响因素集中在长直上升段和加热段。加热段出口积聚的大量气泡对上、下游流体的强烈挤压作用是流量大幅振荡及逆流的主要原因。

RELAP5对低压自然循环系统的分析能力研究

为了解决低压条件下自然循环相关现象模拟不准确问题,本文开展了稳态、瞬态及流动不稳定性等一系列的自然循环实验研究。利用反应堆瞬态热工水力程序RELAP5,讨论了低压自然循环相关问题的敏感性。结合瞬态实验数据,进行了空间、时间步长的敏感性分析,给出了时间步长敏感性的检验依据。通过对一类工况下的流动不稳定性进行模拟和实验,评估了RELAP5的能力。结果表明:对两相自然循环问题,可以根据库郎数来进行无关性验证。对于高热流密度下系统中出现的复合动态流动不稳定性,恰当的模型选取及参数敏感性验证能有效提高模拟的准确性。结合快速傅里叶变换的分析结果可知,长直上升段内发生的周期性相变过程是复合动态流动不稳定性的非线性负载。

过冷沸腾单汽泡可视化试验台的设计与实现

为了研究过冷沸腾两相流动工况下气泡的生长及脱离等运动特性,本文从单个沸腾汽泡的产生出发,考虑了影响汽泡产生的主要因素,通过对氧化铟锡(ITO)导电玻璃表面进行处理后通上合适电压,完成了过冷沸腾条件下汽泡生成可视化实验台设计,研究不同热流密度和水温过冷度对汽泡行为的影响。并用所搭建的实验台进行了部分实验,得到了不同条件下的气泡周期和脱离直径的变化规律,发现气泡的产生周期随加热功率的增大而减小,气泡的脱离直径随加热功率的增大而增大,从而验证了实验台的适用性。

自然循环流动不稳定条件下的传热特性实验研究

为探究流动不稳定性机理,在低压自然循环系统中开展了一系列相关实验,分析了不同流量振荡模式下自然循环的沸腾传热机制及局部传热特性。实验表明:中、低热流密度下出现的较规则的周期性振荡由加热段内流动沸腾诱发,壁面过热度不会随流量振荡而大幅度变化;高热流密度下自然循环系统出现的周期性不规则振荡现象中,流动沸腾类型间的相互转变不是流量波动的唯一原因。大幅度的流量脉动可能在高热流密度下导致沸腾临界的发生,出口壁面出现间歇性干涸,局部传热系数下降的同时伴随壁温的短暂飞跃。随着热流密度的提高,自然循环系统可能出现持续性干涸。

自然循环流动沸腾逆流实验研究

为了研究加热通道中逆流的特征和机理,本文进行了低压高入口过冷度下的自然循环实验。通过采用逐渐增加实验热流密度的方法,在自然循环流动沸腾实验中识别了3种自然循环模式:稳态自然循环、流动不稳定性(无逆流)和逆流。对比实验热流密度和经验关系式计算的临界热流密度预测值,解释了逆流的机理:流动不稳定性诱发了间歇干涸型沸腾临界,间歇干涸导致了逆流的产生。分析了自然循环工况和回路结构对逆流的影响,并结合实验段出口水温波动、壁温分布和间歇干涸的发生建立了流动不稳定性工况下实验段内的流型,单相流体和两相混合物的交替通过加热段出口。本文给出不同热流密度下的自然循环模式,可为自然循环系统的设计和安全分析提供参考。

基于最大Lyapunov指数的摇摆条件自然循环压降型脉动混沌演化研究

基于最大Lyapunov指数(λ)对摇摆运动下压降型脉动(PDO)的混沌演化行为进行了实验研究和混沌演化特性分析。研究认为其混沌演化路径可分为3个阶段:热工水力稳定区、频率锁定振荡区和脱离摇摆影响区,并对每个阶段热工水力原理和混沌性特征及成因进行了分析。热工水力稳定区不产生PDO,呈高随机性低振幅轻微振荡。频率锁定振荡区中,PDO周期被迫与摇摆周期保持一致,呈不规则的拟周期运动,λ显著增大。脱离摇摆影响区中PDO产生倒流并以固有频率进行振荡。λ达到极大值,表现出强烈的混沌特性。