超临界CO_(2)印刷电路板换热器热工水力特性研究

对于超临界CO_(2)布雷顿循环中的印刷电路板换热器,其复杂结构与工作介质的特殊物理性质将导致集总参数方法出现较大的计算误差。为提升印刷电路板换热器的换热参数的计算精度,本文基于Modelica语言,采取分节点建模方法,开发了印刷电路板换热器的热工水力特性计算程序,对其稳态运行时的换热参数进行了分析。结果表明:印刷电路板换热器的通道内超临界CO_(2)的对流换热系数沿流动方向发生显著变化。与设计值相比,分节点计算程序的最大相对误差小于3%,计算精度相比于集总参数方法显著提升,因此有必要采取分节点计算方法以提高计算精度。研究结果可为超临界CO_(2)布雷顿循环系统中印刷电路板换热器的设计和仿真提供参考。

氦氙气冷小堆燃料棒辐射散热特性分析

反应堆堆芯热工安全特性是反应堆系统安全特性最重要的组成部分。氦氙气冷小堆中燃料棒间温差大,辐射散热不可忽略。因此针对氦氙气冷小堆堆芯,不止需要考虑对流换热和热传导两种换热形式,也需要考虑辐射散热对堆芯换热的影响。本文通过建立氦氙气冷小堆堆芯1∶1精细化模型,开展反应堆堆芯内部三维辐射散热特性分析,同时获得辐射角系数。将本文模型计算结果与蒙特卡罗方法结果进行对比验证,两者相对误差小于1%,证明该辐射角系数计算方法的准确性。开展了燃料棒径距比、燃料棒表面温度、燃料棒长度等几何参数敏感性分析,关注其对燃料棒辐射散热特性的影响,并开发出一套具有普适性的堆芯内燃料棒辐射角系数经验关系式。本文通过研究燃料棒间辐射散热特性了解反应堆内辐射散热规律,为后续反应堆堆芯热工安全特性研究提供了技术支撑。

堵塞沉积对波形板汽水分离器运行特性的影响规律及机理

在核电厂装置运行的热态工况下,波形板汽水分离器内高温高压且湿度较大,易出现腐蚀现象,产生沉积物并影响汽水分离性能。为研究沉积堵塞现象对波形板汽水分离器运行特性的影响机理,本文运用CFD软件对不同堵塞程度的波形板建立了经过合理简化的二维模型,在不同热态工况下对波形板分离器开展数值计算与分析,得到了堵塞程度对波形板运行特性的影响规律和作用机理。结果表明:堵塞沉积的波形板压降和分离效率随工况的变化趋势均与未堵塞时较为相似;沉积物使实际流通截面变小,从而使波形板的压降增大,且压降增幅随堵塞程度增大而增大;沉积物明显影响了液滴的碰撞分离过程,使分离效率降低;在疏水钩未失效前,波形板分离效率的降幅随堵塞程度增大而增大;在压降、效率增幅方面,沉积物在低流速工况下的影响程度更大。研究结果为波形板的沉积堵塞研究及其运行和设计提供了一定的理论支撑和科学依据。

摇摆条件下棒束通道自然循环换热特性实验研究

棒束燃料组件是浮动堆的燃料形式之一,浮动堆在运行期间受风浪等影响会发生起伏、摇摆等运动,导致系统流量、压降等热工参数发生周期性波动,影响棒束通道内流动换热特性。针对摇摆条件下自然循环系统棒束通道传热问题,开展了摇摆运动工况下棒束通道换热特性实验研究。结果表明:摇摆运动会增强系统平均换热性能,使得平均换热系数发生周期性波动,功率越高,相对波动幅度越小;对于子通道局部换热特性,其受二次流影响较大,以通道中央为轴,摇摆运动会增强靠近摇摆轴一侧子通道内局部换热性能,降低远离摇摆轴一侧;功率越大,子通道局部换热系数波动越小。

摇摆条件下棒束通道自然循环核热耦合特性实验研究

为研究海洋条件下核热耦合对棒束通道自然循环热工参数波动特性的影响,在机械摇摆台上设计并搭建了5×5棒束通道自然循环实验回路。基于单群点堆中子动力学模型,通过实时采集热工参数并计算实时核功率,实现了运动-热工-物理的耦合。对棒束通道单相自然循环核热耦合的瞬态特性进行了实验研究,研究结果显示:在静态工况下,核热耦合使得系统功率发生小幅度波动,当温度反馈系数低于-5×10^(-4)℃^(-1)时,燃料温度反馈对功率的影响比冷却剂温度反馈更大。核热耦合对热工系统的时均参数无显著影响,增大燃料温度反馈系数会降低系统的稳定性。在摇摆运动工况下,摇摆幅度越小或摇摆周期越短,核热耦合引入的功率波动幅度就越小。此外,在摇摆运动启动的瞬态过程中,核热耦合使得系统重新建立稳定自然循环的时间大幅延长。

氦氙气冷反应堆系统无保护控制事故安全分析

小型氦氙气冷反应堆布雷顿循环系统作为第4代先进反应堆,具有轻质、紧凑、系统简单和启停迅速等优点,十分适合用于偏僻地区和岛屿的能源供应。基于Modelica语言通过对各关键设备进行模块化动态建模,开发了氦氙气冷反应堆布雷顿循环系统分析程序,并进行程序可靠性验证。模拟了系统稳态工况和事故瞬态变工况,重点分析了反应性引入和容积控制系统错误投入等瞬态工况的动态响应特性。结果表明:系统分析程序仿真结果较为合理,系统具有一定自稳、自调能力,需采取措施控制转子转速下降速率。本文结果可为氦氙气冷反应堆布雷顿循环系统的安全特性分析提供理论基础。

基于深度确定性策略梯度算法的自适应核反应堆功率控制器设计

核电厂需要大量控制系统来实现系统有效控制与安全运行,其中核电站堆芯是放射性核燃料热源的关键部件,反应堆功率控制关系到核电厂运行的安全性与经济性。为解决传统PID控制器难以准确应对非线性、大功率范围的功率控制问题,本研究以某压水堆核电厂为对象推导并建立了反应堆堆芯模型,采用基于策略梯度的深度强化学习方法与PID控制器结合建立的自适应控制器进行功率控制仿真。仿真结果表明:相较于传统PID控制器,所设计的基于深度确定性策略梯度算法的自适应功率控制器,响应速度更快、控制精度与稳定性更高,同时具有较高的鲁棒性,可以准确快速地控制堆芯功率,跟踪负荷变化。

压力容器内超临界二氧化碳喷放特性分析及模型验证

超临界二氧化碳能量转换系统的压力容器出现破口时,将出现较为复杂的喷放现象,其临界流特性亟待研究。基于Modelica语言开发了一套瞬态分析程序(SCRSAP-LOCA),针对超临界二氧化碳喷放过程中不同阶段的流动现象进行了建模与分析,与现有实验数据进行了对比验证,并分析了容器内不同初始条件对喷放过程造成的影响。结果表明,程序计算结果与实验数据吻合较好,流量与压力的计算误差在23%以内。喷放过程可大致分为3个阶段,破口流量与容器压力呈阶梯式下降。在不同的初始温度与压力条件下,容器内超临界二氧化碳的喷放行为具有很大的差别。研究结果可为压力容器内超临界二氧化碳喷放特性分析提供参考,并对超临界二氧化碳能量转换系统的泄漏事故进程研究与安全分析评价提供支撑。

直通道PCHE内S-CO_(2)与铅铋合金耦合换热特性数值分析

针对超临界二氧化碳(S-CO_(2))与液态铅铋合金在印刷电路板换热器内耦合换热问题,本文建立了“1对2型”直通道印刷电路板换热器换热单元三维模型。采用数值模拟方法对S-CO_(2)与液态铅铋合金耦合换热特性进行了研究。结果表明:冷侧S-CO_(2)对流换热热阻远大于热侧液态铅铋合金热阻,即印刷电路板换热器整体换热更受制于S-CO_(2)的影响,且S-CO_(2)侧的换热强度决定了整体换热的下限。改变S-CO_(2)侧入口质量流速比改变液态铅铋合金侧入口质量流速对印刷电路板换热器换热器单元功率影响程度更大。S-CO_(2)侧入口质量流速每增加1 kg/s,换热功率增加335.77 kW。本文研究结果可为后续液态铅铋合金与S-CO_(2)耦合换热研究和印刷电路板换热器设计提供参考。

竖直环形通道内的湍流混合对流数值分析

自下而上的湍流混合对流在特定工况下表现出独特的传热现象,在工程上受到广泛关注。本文基于CFD方法,对竖直环形通道内的湍流混合对流现象进行了数值模拟研究。计算结果表明,当格拉晓夫数(Gr)较小时,浮升力抑制对流传热,使得混合对流努塞尔数(Nu_(M))低于相同雷诺数(Re)纯强迫对流的努塞尔数(NuF);随着Gr的增加,Nu_(M)逐渐恢复甚至增强。拟合得到了Symolon形式的混合对流传热关联式,并将混合对流现象划分为强迫对流区、混合对流传热抑制区和自然对流传热强化区。混合对流对传热的影响可以归纳为间接效应,即浮升力改变平均速度场,导致湍流的层化或恢复,使得对流传热被抑制或强化。

基于子通道模型的超临界二氧化碳燃料组件热工特性分析

为实现偏远地区小型核反应堆的供电,本文开发了超临界二氧化碳燃料组件子通道分析程序BRESA并对结果进行验证,并对程序进行了稳态和瞬态的特性分析。通过开发的二维子通道分析程序,能够得到热工水力参数在轴向和径向上的分布规律,稳态特性分析可以获得燃料组件空间上的热工水力参数,在稳态计算的基础上,分析了流量变化瞬态工况,在流量线性增加、线性减少和流量突变瞬态工况下,燃料组件各参数的响应特性,获得了焓和压力在空间上随时间的变化趋势。结果表明,在流量线性变化的瞬态工况下,焓和压力小幅变化;在流量突变的瞬态工况下,焓和压力发生突变和大幅波动,出口焓的波动最大达到12%,这对反应堆的安全运行造成了挑战。本文的研究结果为超临界二氧化碳反应堆系统的变工况研究提供理论支持和技术指导。

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。

几何结构对S-CO_(2)离心压缩机热力学性能影响分析

离心压缩机是超临界二氧化碳(S-CO_(2))布雷顿循环中的核心部件,其内部结构与流动换热机理复杂,为了研究多种结构对S-CO_(2)离心压缩机性能影响,本文针对某兆瓦级S-CO_(2)离心压缩机进行了一维和三维数值方法模拟。基于该模型采取线性加权和法对压缩机5种不同结构参数变化引起的热力学性能进行了量化研究。结果表明:叶片后弯角和无叶扩压器长度对离心压缩机性能的影响最大,其次是叶片数、分流叶片长度和叶顶间隙;增加叶片数可提高叶轮做功能力和压比,但增加过多会降低效率;0.25~0.75 mm内,随着叶顶间隙增加,离心压缩机的压比和效率降低,最佳分流叶片长度系数为0.74。本文研究结果可为后续S-CO_(2)布雷顿循环系统中离心压缩机设计提供参考。

定位格架典型部件对5×5棒束通道内流场影响的数值研究

采用数值方法对5×5定位格架棒束通道内三维流场进行了研究,以了解定位格架各典型部件对流场的不同影响。采用混合网格技术、SSTk-ω湍流模型,改进的速度-压力耦合算法SIMPLEC及并行算法技术求解雷诺时均的连续性方程、动量方程,得到通道内各截面的速度场和压力场,并分析了格架各典型部件对流场的影响。结果表明:搅混叶片是产生横向速度的主要原因;弹簧和刚突对轴向速度和阻力系数有较大影响,其中,弹簧的影响更大;搅混叶片对轴向速度有掺合平均的作用。

5×5定位格架棒束通道内三维流场研究

采用混合网格技术、SSTk-ω湍流模型、改进的速度-压力耦合算法SIMPLEC求解雷诺时均的连续性方程、动量方程,得到格架内各截面的速度场和压力场。计算结果表明:在定位格架的影响下,通道内产生了强烈的横向流动;横向速度呈抛物线分布,轴向速度分布在通道内趋于均匀;阻力系数随进口雷诺数的增大而减小。将速度分布和阻力系数分布的预测值与试验值进行了对比,两者吻合较好。

搅混格架结构对棒束通道内单相流场影响的数值研究

采用数值方法对搅混格架(简称格架)内单相流体三维流场进行了研究。采用混合网格技术,标准k-ε湍流模型,改进的速度压力耦合算法SIMPLEC求解了雷诺时均的连续性方程、动量方程,得到了格架内各截面的速度场和压力场,分析了格架各部件对流场的影响。结果表明:弹簧和刚突的存在会形成横流和涡流,但形成的横向速度较小;在格架附近对轴向速度影响较大,对格架的阻力特性影响也较大;交混叶片对横向速度影响较大,对轴向速度有掺合平均的作用。

单缸低参数汽轮机末级排汽湿度的热力分析

采用VB语言,通过动态链接库的调用,编制了低参数单缸汽轮机热力计算程序。应用此程序,在不同设计参数下,针对无抽汽除湿、级间抽汽除湿和除湿级除湿3种方案,研究了机组末级湿度的变化。结果表明,进汽压力、进汽温度和排汽压力三者对末级湿度的影响不同,进汽温度对末级湿度的影响最大,进汽压力次之,排气压力最小。在本研究所提参数条件下,满负荷运行很难保证末级出口湿度要求,需采用有效的内部除湿措施。研究也表明,在不同位置抽汽除湿和除湿级除湿对机组末级湿度影响较大,在相同的设计参数下,在机组的第四级后抽汽除湿对机组末级湿度的影响最大。在相同的除湿效率下,除湿级位置每向后移动一级,使末级湿度降低约1%,随除湿级位置后移,除湿效率对末级湿度的影响增大。

两级旋风汽水分离器的结构优化数值研究

为探讨两级旋风汽水分离器结构参数对其性能的影响,本文通过数值方法对两级旋风汽水分离器进行研究,设计并建立了两级旋风式汽水分离器的物理和几何模型,应用非结构网格技术,采用RNG k-ε模型,液滴相DPM模型,进行数值模拟计算分析,并搭建了气-水分离可视化试验台架,对数值算法进行验证。在验证基础上,数值模拟研究了旋臂高度、旋臂出口宽度、旋臂顶部与返流筒顶部距离、一级出口直径、二级导叶个数与高度、除雾器高度、二级出口直径等参数对两级旋风分离器分离特性以及阻力特性的影响,并依据分析结果给出了具体的优化建议。经计算分析,优化后的汽水分离模型相较于初始模型:一级出口湿度降低了45%,二级出口湿度降低了68%,阻力压降减小了48%。

波形板汽水分离器内分离效率的影响因素分析

基于壁面液膜模型,进行无钩波形板汽水分离器内液膜生成情况的三维数值模拟,模拟中采用Realizable k-ε模型和壁面液膜模型对波形板内的气相和液相进行数值模拟计算,根据模拟结果分析波形板内的分离效率。研究结果表明:在不改变波形板的结构和不考虑二次携带的前提下,随进口速度或液滴直径的增加,壁面形成液膜面积和高度增加,分离效率也随之提高。当进口速度和液滴直径一定时,液膜高度和面积随蒸汽湿度的增加呈先增加后减小的趋势,当湿度达到10%时,液膜高度和面积达到最大,分离效率最佳。

蒙古族安代广场舞对改善中老年女性身心健康的实证研究

运用实验法等,通过对包头市高新区稀土路街道校园路社区33名中老年女性,进行为期6个月的"安代"广场舞教习,分析"安代"广场舞的健身价值和效果。结论:中老年女性经常练习"安代"广场舞,能够有效减少体重和腰围尺寸,提高心肺功能和有氧代谢能力,以及改善中老年女性的心理健康。