Experimental study on steam-water two-phase flow frictional pressure drops in helical coils

ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｙｏｎｓｔｅａｍｗａｔｅｒｔｗｏｐｈａｓｅｆｌｏｗｆｒｉｃｔｉｏｎａｌｐｒｅｓｕｒｅｄｒｏｐｓｉｎｈｅｌｉｃａｌｃｏｉｌｓＢｉＱｉｎＣｈｅｎｇ，ＣｈｅｎＴｉｎｇＫｕａｎ，ＴｉａｎＹｏｎｇＳｈｅｎｇ，Ｃｈｅｎ...

基于计算流体动力学的二次侧管板高压水射流喷嘴仿真

本文利用混合物模型的两相流仿真了核电站蒸汽发生器二次侧冲洗需要的高压水射流喷嘴中的流场分布和压力分布。通过有限元方法计算了两相流模型,获得了流场分布和压力场分布。从流场分布可以看出,当逐渐远离高压水射流喷嘴的中轴线时,高压水射流中的流场分布逐渐减小;在高压水射流喷嘴的中轴线处,流场最大;当高压水射流喷嘴的入口压力从40MPa逐渐增大到46MPa时,出口处的流场逐渐增大,从289.502m/s逐渐增大到312m/s,在一定范围内入口压力对出口流速的增加效果显著。

液态金属快堆螺旋管蒸汽发生器一、二次侧耦合传热数值研究

螺旋管蒸汽发生器是液态金属快堆中能量传递的核心设备,其运行的稳定性、安全性对核电站的运行有至关重要的影响。为此,本文构建了液态金属快堆螺旋管蒸汽发生器一次侧、二次侧耦合传热的三维数值模型,分别基于经济合作与发展组织核能署(The Organisation for Economic Co-operation and Development,OECD/NEA)物性手册和美国国家标准与技术研究院(National Institute of Standards and Technology,NIST)数据库建立液态金属和水-水蒸气变物性计算关联式,采用Lee相变模型计算二次侧水-水蒸气蒸发过程中两相间的质量传递。基于实验数据,分别对本文模型一次侧传热以及二次侧传热的计算可靠性进行了验证。最后以铅铋快堆为例,研究了不同一次侧进口参数下蒸汽发生器一、二次侧之间的耦合传热特性,并与传统水冷堆进行了对比。结果表明:在同等条件下,相比于传统水冷堆,一次侧采用铅铋液态金属时,一、二次侧之间的壁面热流密度明显提升,热流密度峰值可达1439.97 kW·m^(-2),比水冷堆相应数值提升5~6倍,这导致二次侧管内气相蒸发过程明显加剧,体积含气率急剧上升;同时,一、二次侧之间的沿程热流密度分布更加不均匀,沿程热流密度分布相对偏差值比水冷堆相应数值增大3~4倍。随着一次侧进口铅铋温度从350℃增大到450℃,一、二次侧之间的壁面热流密度随之增大,对应的热流密度峰值从950.7 kW·m^(-2)增大到1439.97 kW·m^(-2),提升约1.5倍,同时一、二次侧之间的沿程热流密度分布更加不均匀,不均匀度增大20%。

压水堆核电厂水锤机理及分析策略

水锤事故在核电厂管路系统中经常发生,严重的水锤事故会引起爆管、拉断支撑并进一步引起机组停机停堆,严重威胁核电厂安全稳定运行。水锤不仅包括古典水锤,还包括汽锤以及与两相流有关的水锤。通过对水锤的基本类型的分析,给出了各种类型水锤的避免建议,总结了压水堆核电厂水锤易发生部位和常见型式,提出了一种水锤事故的通用分析策略和水锤源初步辨识步骤,通过该辨识步骤可以迅速辨识压力波和有限长度水塞致水锤,并确定水锤源起始位置,有助于对核电厂中常见的疏水不畅导致的蒸汽推动水塞问题进行快速辨识。

非能动安全壳冷却系统启动策略试验研究

为研究非能动安全壳热量导出系统(passive containment heat removal system,PCS)启动策略,支撑电厂故障应对策略的制定,本文结合“华龙一号”PCS系统配置,提出了4种系统启动策略并开展详细研究,根据分析结果优选出2种方案进行试验研究。试验结果表明:PCS系统采用双阀开启方案或冷管段隔离阀关闭方案时能够获得较优的启动性能;采用双阀开启方案,系统启动过程较为平稳;采用冷管段隔离阀关闭方案,为避免在启动过程中发生故障,建议系统启动时换热器传热管内液体温度不要超过120℃。试验结果对“华龙一号”PCS系统启动规程的制定具有指导意义。

变截面超音速汽液两相流升压过程的研究

本文针对超音速汽液两相流在变截面通道中的升压过程进行了实验研究,得到了变截面混合腔中超音速汽液两相流的压力变化规律,通过实验结果的分析得出了变截面混合腔中的渐缩部分的压力分布与出口压力无关、变截面通道的渐扩部分为一个单相流体扩压管、压力突变发生在变截面混合腔喉部和随着出口压力升高而激波强度增大、变截面超音速汽液两相流升压技术具有定流量特征等结论。

内螺纹管高压汽水两相流摩擦阻力特性的研究

对内螺纹管两相流摩擦阻力在高压汽水试验台上进行了试验研究，试验用管为我国６００ＭＷ超临界变压运行直流锅炉所采用的Φ２８ｍｍ×５．４１ｍｍ的１２ＣｒＩＭｏＶ四头内螺纹管，试验压力为：１３～２２ＭＰａ，质量流达为：４００～１８００ｋｓ／ｍ２ｓ，蒸汽干度为：０～１．０．对试验结果进行了分析，给出了计算内螺纹管摩擦压降的关联式。

螺旋管内高压汽水两相流传热恶化规律的研究

报导了在西安交通大学高压汽水实验回路上进行的垂直螺旋管内汽水两相流传热试验研究．试验得出了沿螺旋管长度方向及圆周方向的壁温分布特性，由此确定了发生传热恶化的临界干度及其位置．在试验数据的基础上，得到了计算临界干度的经验公式，为螺旋管圈换热设备的设计提供了必要的依据．

高质量流速下立式螺旋管内汽液两相传热特性研究

对高质量流速下立式螺旋管内高压汽液两相流沸腾传热特性进行了试验研究,参数范围为:系统压力8.0-15.0 MPa;质量流速2500-4000 kg/m2s;壁面热流密度200-1000 kW/m2;实验段为(?)14×2 mm的不锈钢管弯制而成的螺旋管直径比为D/d=30.1的管圈,总长为2.335 m,考察了热流密度和质量流速对两相传热的影响,分析核态沸腾和两相强制对流沸腾机理在螺旋管内两相传热中所起的作用,得到了局部传热系数的分布特性和平均传热系数计算关联式,首次发现高质量流速区域内螺旋管内汽液两相传热效果亦趋近于相同条件下直管内的换热系数,并对已有的结论进行了分类比较分析。

低进汽压力下超音速两相流升压特性实验研究

本文采用实验方法研究了进汽压力为0.2 MPa以下时,由蒸汽喷嘴、混合腔及相应的阀门和管道组成超音速汽液两相流升压加热装置的运行特性。实验表明在进汽压力为0.1 MPa-0.2 MPa时,超音速汽液两相流升压加热装置都可稳定可靠地运行,且升压效果明显,可满足电力、供暖、轻工等许多行业蒸汽加热的要求。

内螺纹水冷壁管内两相流动的摩擦压降特性

在压力为9-35 MPa,质量流速为600-1800 kg/（m^2·s）,干度为0-1的工况范围内,对φ28.6×5.8（mm）的四头内螺纹水冷壁管中单相及两相流体在绝热和受热条件下的摩擦压降特性进行了试验研究。结果表明：在受热和绝热两种条件下内螺纹管的阻力特性不同,受热管的单相摩擦压降系数f比绝热管的小;受热管的两相摩擦倍率φ10^2绝热管的大。无论是受热,还是绝热情况下,压力对φ10^2影响很大,φ10^2压力增大而减小;质量流速的影响很小。随蒸汽干度增加,φ10^2增加,随后增幅减小。提出了由试验获得的单相水摩擦压降系数以及汽水两相流体摩擦压降的计算式。

垂直并联管内高压汽水两相流密度波型不稳定性的试验研究

在系统压力p＝3～18MPa，质量流速G＝700～1400kg／m2·s，人口过冷度△Tsub＝30～120℃，热负荷qw＝0～6O0kW／m2，管径d＝12mm的参数范围内，研究了压力、质量流速、人口过冷度、进口节流、可压缩容积、热负荷及不对称热负荷对垂直并联营内高压汽水两相流密度波到不稳定性的起始点、周期和报价的影响，并与垂直单管内的密度波到不稳定性进行了对比分析。根据试验研究和量细分析，提出了预防密度波型脉动的话施，给出了计算脉动起始点的无困次经验关系式，为一体化反应堆蒸汽发生器、直流锅炉水冷壁等工业设备的设计与运行提供了可靠依据。

HTGR 蒸汽发生器螺旋管内壁温分布和传热恶化规律的研究

介绍了在西安交通大学高压汽水实验回路上进行的垂直螺旋管内汽水两相流传热实验。得出了沿螺旋管长度方向及圆周方向的壁温分布特性，由此确定了发生传热恶化的临界含汽率及其位置。通过关联实验数据，得到了计算临界含汽率的经验公式，为高温气冷堆（ＨＴＧＲ）螺旋管式蒸汽发生器的设计提供了必要的依据。

环周进汽两相流喷射升压过程实验研究

本文用实验方法研究了环周进汽/中心进水的超音速两相流喷射升压过程,得到混合腔内压力随进水温度、进汽压力和出水流量的变化趋势,研究了整体升压性能随实验参数的变化规律,揭示了环周进汽汽液两相流喷射升压装置的升压机理。这些工作对该装置的进一步研究有重要的理论指导意义。

优化四头内螺纹管内汽-水两相流摩擦阻力的研究

在亚临界压力条件下,针对Ф28.6 mm×5.8 mm的优化四头内螺纹管内汽-水两相流进行水平绝热条件下的摩擦阻力特性研究。研究结果表明,干度和系统压力对内螺纹管内的两相流摩擦压降影响显著。干度增大,则两相摩擦倍率增大;压力增大,两相摩擦倍率减小;当压力接近临界压力时,两相摩擦倍率接近于1。优化四头内螺纹管在相同工况下的两相流摩擦压降小于普通内螺纹管。当其应用于垂直管屏换热设备时,压力损失中摩擦压降所占比例将会减小,从而加大重位压降的影响程度,使得换热设备在特定工况下具有自补偿特性,从而形成良好的水动力条件。

波形板分离器的冷态实验研究

为了深入研究波形板内的液滴分离和二次携带现象的机理,优化波形板结构,针对波形板汽-水分离器展开了冷态实验分析.实验采用空气与雾化水混合而成的汽水混合物模拟湿蒸汽,分别对无钩、单钩和双钩这三种板型在不同速度下的分离效率进行了测量,并对实验数据进行多元线性回归分析,获得了可以指导设计的波形板分离效率的无量纲经验公式.实验表明:双钩波形板的分离效果最好;在入口流速较低时,提高流速有利于提高分离效率,但在流速超过临界破膜速度6.7 m/s后,二次携带现象明显,导致分离效率降低.

高压汽水两相流摩擦阻力特性的研究

研究国产600MW直流锅炉水冷壁管在亚临界及近临界压力区的摩擦阻力特性。试验段为25×3mm的1Cr18Ni9Ti不锈钢管,试验参数为:压力p=12～21MPa,质量流量G=400～1200kg/(m2.s),质量含汽率x=0～1.0。试验研究了工质压力、质量流速和质量含汽率对摩擦阻力的影响。根据所得的大量实验数据,在理论分析的基础上得出了可供设计使用的水冷壁管摩擦阻力的关联式,计算值与试验值的相对误差在15%以内。

HTR－10小盘管螺旋管圈高压汽水两相流动摩擦阻力特性的研究

在压力ｐ＝４－１４ＭＰａ，质量流密度Ｇ＝４００－２０００ｋｇ／ｍ２·ｓ，内壁热流密度ｑ＝０－７５０ｋｗ／ｍ２的参数范围内，进行了螺旋管内高压汽水两相流动磨擦阻力的试验研究。螺旋管分水平放置和垂直放置；有电加热和绝热两种；管内径是１２ｍｍ和１０ｍｍ，螺旋直径均为１１５ｍｍ。另外还有一受热水平直管用来进行比较。通过理论分析和试验数据回归得到了一个经验关系式，用来计算水平或垂直放置的螺旋管内的汽水两相磨擦阻力。

旋流喷射乏汽回收装置性能的实验研究

针对采用旋流喷射式进水的低温乏汽回收装置的性能进行了实验研究。实验结果表明,引射系数随进水压力和进水温度的升高而降低,随进汽压力的升高而升高,基本不受出水压力的影响;阻力系数随进水压力和进水温度的升高而升高,随着进汽压力的升高而降低。采用旋流喷射进水方式使得装置的加热、引射性能有很大提高,同时使流动的阻力系数增大。

U型管高压汽-液两相流动密度波型不稳定性的实验研究

在系统压力P=4～10MPa,质量流速G=450～1200kg／m^2·s,人口过冷度△T_(sub)=10～70℃,热负荷q=O～650kW／m^2的工况范围内,采用φ20×2mm的23Crl8Ni不锈钢U型管,在高压试验台上进行了密度波型脉动的研究；分析了系统压力、质量流速、入口过冷度、热负荷对它的影响。结果表明,随着压力的增加,系统稳定性增加；随着质量流速增加,界限热负荷增加,界限干度下降；进口过冷度对密度波型脉动呈现单值性影响,随着进口过冷度下降,界限热负荷降低。根据实验结果及量纲分析,得出了预测界限热负荷的无因次关联式,与试验值相比,误差在15％以内。