液态铅铋与水界面碎化行为的可视化实验

在中国铅基反应堆（CLEAR）换热器管道破口（SGTR）事故工况下，二回路高压水可能会直接与一回路铅铋共晶合金（LBE）接触，导致水／蒸汽混合物的急速沸腾，甚至发生蒸汽爆炸，从而危及反应堆的安全。为研究水与熔融LBE接触界面间的沸腾传热与蒸汽爆炸现象及机理，本文通过熔融LBE／水直接接触反应实验平台，依托高速摄像机记录熔融LBE入水爆炸或碎化过程。实验分析了LBE温度（250-500℃）、水温（25-80℃）对熔融LBE碎化行为的影响。结果显示，随着熔融LBE温度或水温的升高，LBE碎化质量中位粒径呈减小趋势；当熔融LBE与水接触界面温度大于水的均相成核温度时，蒸汽爆炸现象更易发生，碎化现象更明显。

破口条件下高压氦气冲击液态铅锂压力传播实验分析

液态铅锂包层被认为是最有发展潜力的包层设计之一,由于其面临高能中子辐照、高热负载、高压力梯度等严苛的服役环境,在包层发生内破口事故时保证其在高压氦气冲击下的完整性以避免放射性物质外泄具有重要意义。为获得高压氦气冲击铅锂所形成冲击波的压力传播规律,本文基于液态重金属安全回路KYLIN-S实验平台,先后开展了高压氦气冲入水的测试实验和高压氦气注入高温铅锂的破口实验。研究表明,高压氦气(8 MPa)冲击铅锂现象可以分为两个阶段,第一阶段为冲击波快速震荡叠加阶段,该阶段持续时间很短约0.064 s,形成的冲击波产生多个压力波峰,压力峰值最高达到6.42 MPa,压力震荡经过3~6个周期后,不同监测点的压力波动快速耗散消失。第二阶段为压力稳定增长阶段,该阶段持续时间约为3.5 s,压力持续增加直至实验系统压力达到平衡,系统平衡压力达到3.45 MPa。

半周加热下集热管内液态铅铋传热特性研究

建立液态铅铋合金在太阳能高温集热管内对流传热数值计算模型。采用Fluent软件,通过求解三维N-S方程及能量方程,研究半周加热半周绝热边界条件下集热管内液态铅铋合金的传热性能。研究结果表明:构建湍流普朗特数模型的方法可用于半周加热半周绝热下集热管内液态铅铋传热性能的数值模拟;液态铅铋的质量流量对换热性能的影响较大,热流密度大小对换热性能影响较小,绝热面努塞尔数Nu始终高于加热面;相比传统熔盐介质,液态铅铋传热性能更佳,在提高系统工作温度、降低集热管热量损失方面具有潜力。

基于超声多普勒测速法对二维涡流场初步测量研究

为研究第四代先进反应堆燃料组件、散裂靶窗及换热器等复杂部件内的涡流场,利用超声多普勒测速(UDV)法在四直叶轮搅动装置上开展了涡流流场的测量实验。通过径向和轴向流场的矢量合成,获得了轴向截面上二维涡流流场分布。结果表明:轴向截面上流速随雷诺数的增大而增大;在叶轮上、下两侧区域分别存在较大的漩涡,上漩涡为逆时针方向,下漩涡为顺时针方向;截面上流速分布存在较大梯度,且湍流强度随雷诺数的增大逐渐增大,在与叶轮等高处流速很大,而在叶轮上、下两侧区域流速较小,这表征了涡流场的变化特性,说明UDV测量技术能用于复杂流场测量。

Experimental study on fragmentation behaviors of molten LBE and water contact interface

Based on the design of CLEAR(China LEAd-based Reactor), it is important to study the molten LBE(LeadBismuth Eutectic)/water interaction following an incidental steam generator tube rupture(SGTR) accident.Experiments were carried out to investigate the fragmentation behavior of the molten LBE/water contacting interface, with a high-speed video camera to record the fragmentation behavior of 300–600?C LBE at 20?C and 80?C of water temperature. Violent explosion phenomenon occurred at water temperature of 20?C, while no explosion occurred at 80?C. Shapes of the LBE debris became round at 80?C of water temperature, whereas the debris was of the needle-like shape at 20?C. For all the molten LBE and water temperatures in the present study,the debris sized at 2.8–5.0 mm had the largest mass fraction. The results indicate that the dominant physical mechanism of the molten LBE fragmentation was the Kelvin-Helmholtz instability between LBE/water direct contact interface.

基于SiGe材料的热电器件输出性能仿真计算分析

近年来,高温热电材料SiGe合金的制备工艺不断优化,其热电优值得到不断提升,作为温差发电器件材料在未来深空探测装备发电应用中展现出巨大的应用价值。基于目前研究发展的SiGe合金,在考虑接触电阻与热阻的基础上,利用ANSYS软件构建了平面型SiGe热电器件的仿真模型,分析电极厚度、电偶臂间距、电偶臂结构、热损和热端温度变化对器件输出性能影响。结果表明,器件开路电压和最大输出功率分别为0.315 V和0.56 W,与器件实验结果的误差均小于5%,模型具有较好的计算精度。减小热端SiMo电极厚度和电偶臂间距有效提高了器件输出性能,当器件电极厚度为1 mm,电偶臂间距为3 mm时,输出功率和热电效率达0.85 W和6.80%。结构设计发现,当n型和p型电偶臂横截面积比为0.90时,输出功率获得最大值;面积比为1.10时,转换效率获得最大值。器件与环境之间换热系数的增大有利于输出功率的提高,但转换效率大幅降低。器件输出性能变化相对热端温度变化具有滞后性,温度阶跃变化之后重新达到稳态所需要的时间为0.048 s,大于温度线性变化重新达到稳态所需要的时间0.022 s。研究结果可为后续器件的加工制备提供理论指导。

新型槽式集热管液态铅铋传热下集热性能分析

针对熔盐或导热油传热下传统槽式集热管高温条件下集热效率低、热量损失严重的问题,提出了一种采用液态铅铋(LBE)作为传热介质的新型槽式集热管,建立了新型槽式集热管的二维稳态传热模型。基于该模型研究了太阳直射辐射强度、液态铅铋进口温度、涂层发射率、环境温度及风速对该新型槽式集热管集热性能的影响。此外,通过对比液态LBE及熔盐与导热油的热物性,对其在光热领域的应用进行了分析。结果表明,液态铅铋传热下该新型集热管相比传统集热管集热效率提高显著;太阳直射辐射强度、进口温度及涂层发射率对新型集热管性能影响严重,环境温度及风速的影响相对较弱;实际应用中,液态LBE作为传热介质结合其他介质间接储能的光热系统更为现实可行。