密度锁内分层传热特性的初步探讨

通过可视化观察方法,对3种不同实验管内的流体分层传热特性进行实验研究,同时,建立传热计算模型,对密度锁内的传热机理进行分析。结果表明:密度锁内的分层工质自上而下分为:混合层、界面层、导热层。混合层内的传热以对流为主,其余两部分的传热以导热为主。对不同管径的研究表明,密度锁内的蜂窝通道能有效地抑制扰动作用,减小混合层的厚度,降低通过密度锁的热量传递。

密度锁内稳态分层特性的实验研究

通过可视化观察方法,对3种不同实验管内的冷热流体分层特性进行实验研究,同时,根据界面力的平衡条件,对密度锁内分层的稳定性进行了分析。稳态工况下,密度锁内冷热流体间存在一界面层,且界面层内具有较大的温度梯度;界面层的稳定性受温度交界面处的扰动速度及界面层内温度梯度的影响,稳定的界面层对阻止冷热流体搅混具有积极作用。另外,对实验管内有无隔板情况进行分层特性对比实验,表明密度锁内的蜂窝通道不但有利于界面层的稳定,且有利于界面形成位置的控制。

密度锁内分区模型研究

通过实验研究流速对密度锁内温度场和分层的影响,并建立了分区模型。研究结果表明:密度锁可分为混合区、分层区和恒温区,其中分层区又可分为强分层与弱分层,分层界面则位于混合区与分层区之间。此外,本文还将密度锁内温度场分为5类,其中第2类温度场最好,是密度锁正常工作时的最佳选择。

密度锁内水力平衡建立方法的实验研究

以应用密度锁的非能动余热排出系统为背景,针对系统中密度锁内水力平衡的建立方法进行研究.结合实验研究和理论分析,发现密度锁内水力平衡具有动封闭和自稳定的特性,并提出一种密度锁内水力平衡的建立方法.结果表明,当密度锁内达到水力平衡时,它的"封闭"作用相当于安装在回路上的截止阀.此时,关闭和开启截止阀对密度锁的水力平衡特性没有影响,并且密度锁内水力平衡在一定范围内具有自稳定的特性,当反应堆的运行参数与水力平衡条件存在小幅度的偏差时,利用该特性可以使密度锁内自动达到水力平衡.运用所提出的方法可以在反应堆运行达到稳态后,自动建立密度锁内的水力平衡,以保证非能动余热排出回路与主回路之间通过密度锁隔离.

密度锁内水力平衡特性分析和实验研究

通过简化的理论模型,分析得出在反应堆正常运行工况下,密度锁处于"关闭"状态时必须满足的水力平衡条件,并对影响该条件的主要参数进行分析。结果表明:密度锁内的水力平衡在一定范围内具有自稳定的特性。同时,建立模拟实验回路,对该特性进行实验验证,针对稳态运行过程中主回路内工质流量改变的工况进行实验研究。实验结果表明:当运行参数的变化打破水力平衡后,依靠自稳定特性,能够很快恢复密度锁内的水力平衡,而不会影响密度锁的封闭性和反应堆的正常运行。

基于密度锁的非能动余热排出系统特性分析

以基于密度锁的非能动余热排出系统为背景,通过实验对该系统正常运行时密度锁的封闭特性及事故工况下密度锁的开启特性进行了分析验证。用RELAP5/MOD3.2程序对发生事故时非能动余热排出回路瞬态运行特性进行了仿真,并与实验值进行比较,二者均符合较好。结果表明,正常工况下,密度锁能有效隔离主回路和余热排出回路,余热排出回路处于非工作状态;事故发生时,在较大的重力蓄能作用下,非能动余热排出系统能够瞬间投入工作,并逐渐建立稳定的自然循环以载出余热。

密度锁自平衡启动特性的实验研究

以应用密度锁的非能动余热排出系统为背景,结合实验研究和理论分析,对密度锁自平衡启动的运行特性及可行性进行研究。结果表明:自平衡启动可分为关阀预热和开阀平衡两个阶段,在这两个阶段内能分别实现密度锁"关闭"所必需满足的两个条件,达到隔离非能动余热排出回路与主回路的目的。在关阀预热阶段,密度锁借助其特殊结构,有效地控制了传热方式转变点的位置,促进了热/冷流体交界面的形成;在开阀平衡阶段,借助其水力平衡的自稳定特性,有效地控制了热/冷流体交界面的移动,建立了密度锁内的水力平衡。所得结果充分证明了自平衡启动方法的可行性。

基于PID控制的密度锁启动方案计算验证

对某非能动余热排出系统,在自平衡启动方案基础上,增加了泵转速控制系统,提出了基于PID控制的密度锁启动方案。余热排出回路截止阀打开后,根据密度锁内流体温度变化调节主泵转速,使冷热流体温度分界面维持在密度锁中,确保主回路和余热排出回路的隔离。依据一维连续性方程、能量方程及动量方程对密度锁启动过程进行数值模拟。结果表明:在控制系统调节作用下,通过改变主回路质量流量,可逐渐建立2个回路之间的压力平衡,最终实现密度锁的成功启动。采用该方案可有效降低密度锁启动条件,提高密度锁启动成功率。

密度锁启动特性实验研究及计算验证

以基于密度锁的非能动余热排出系统(PRHRS)为研究背景,实验验证了密度锁自平衡启动方案的可行性。结果表明:主回路流量接近平衡流量启动PRHRS时,密度锁内冷热流体温度分界面将在不平衡力作用下向上或向下移动,减小或增大了余热排出回路重位压差,使密度锁内冷热流体温度分界面在新的位置达到受力平衡,最终实现密度锁的自平衡启动,以及余热排出回路与主回路的隔离。依据一维连续性方程、能量方程及动量方程建立数学模型,用Matlab语言编程,对密度锁启动过程进行了数值模拟分析,证明了密度锁自平衡启动方案合理、有效。计算值与实验值符合较好,用该程序可较好地模拟密度锁自平衡启动过程中系统的瞬态运行特性。

基于密度锁的非能动余热排出系统设计及验证分析

提出了一种新型非能动余热排出系统设计方案,该方案以密度锁技术作为基础,采用改变压力调节回路流量,并保持循环回路内有高温工质流动的方式,建立密度锁内水力平衡关系,维持主回路和余热排出回路的隔离。以AP1000主冷却剂系统为载体,用RELAP5/MOD3.2程序分析了正常工况下,非能动余热排出系统的运行特性。结果表明:以密度锁内流体温度作为控制变量对调压泵转速进行调节,可逐渐建立密度锁内水力平衡关系,实现非能动余热排出系统的启动;稳态运行期间,反应堆运行参数改变时,在控制系统反馈作用下,密度锁仍能维持"封闭"状态,保证主回路和余热排出回路隔离。

密度锁内流体稳态传热模型的建立

根据温度场的特点,将密度锁分为混合区、导热区和恒温区,并分别进行建模。用该模型对密度锁进行稳态传热计算,并与实验结果进行对比。结果表明:本工作建立的稳态传热模型能较好地计算出密度锁内的温度场。研究建立了密度锁的热损失量计算式,并对热损失量最小值的情况进行了讨论。

密度锁启动过程中传热特性的实验研究

分别在无扰动以及扰动大小不同的实验情况下,对密度锁启动过程中的传热特性进行了实验研究。研究结果表明,密度锁能抑制热量下传。根据传热情况,密度锁内过渡区可分为强分层、弱分层和无分层3种情况。强分层和弱分层情况下,密度锁都能有效地阻止热量下传,且强分层向下传热量更小。而在无分层情况下热量连续不断地从密度锁传出,导致密度锁失效。

密度锁内分层界面位置的实验研究及分析

建立了计算密度锁内流体分层界面位置的理论模型,比较了计算值与实验观察值,并分析了两者的区别,最后讨论了扰动速度和温差对界面位置的影响。结果表明:扰动速度增加,界面位置降低;温差变大,界面位置升高。在一定的温度和管径等条件下,分别拟合出界面位置与扰动速度及理查森数(Ri)的经验关系式。

密度锁内无扰动时稳态温度场分析

实验模拟了密度锁内无扰动时稳态温度场分布。结果发现,稳态温度分布曲线上存在一个温度分层结束点;它是导热层与恒温层的分界,只有当温度分层结束点在密度锁内才能有效地抑制传热。应用半无限大平板导热模型、一维等截面直肋稳态导热模型和Fluent流体计算软件对无扰动时稳态温度场分布进行了理论计算。结果表明,半无限大平板导热模型是计算密度锁内无扰动时稳态温度场分布和温度分层结束点位置的最佳方法。

小通道振荡导致密度锁失效研究

对密度锁内小通道振荡现象进行实验研究,发现密度锁失效是由于某一小通道内的分层界面在振荡过程中超出栅格,从而在小通道间形成循环所致。通过理论分析,提出3种解决方法:改变通道管径、减小通道间压差和扰动均匀化,以此为依据设计密度锁结构并进行实验进行验证。结果表明:改变通道管径只有在振荡界面通过管径变化处时才起作用;减小通道间压差的方法则需增加密度锁长度;扰动均匀化是最佳方法,可有效地减弱振荡幅度。

密度锁内分层界面的作用分析

进行了冷态和热态实验,结合理论分析研究了密度锁的抗扰动机理。冷态时,流体流动产生的压力差引起了密度锁中各通道流体的大环流运动;热态时,密度锁内分层界面的形成对大环流运动起到了阻碍作用。结果表明:由于压力差作用,密度锁内分层界面向一侧倾斜产生重位差;当压力差与重位差相平衡时,大环流运动被阻止,流体达到分层平衡。

密度锁界面下方稳态温度场的实验研究及分析

本文通过实验模拟了密度锁内分层界面下方流体稳态温度场分布，发现这部分流体的稳态温度分布曲线存在一个升温结束点，它是导热层与恒温层的分界，只有将升温结束点控制在密度锁内才能有效地抑制传热。本文建立了一个能够描述该部分流体稳态温度分布的数学模型，通过该模型可以给出升温结束点的位置，它为优化密度锁高度提供了理论依据。

竖直振荡对密度锁内温度场影响的实验研究

对密度锁内界面竖直振荡情况进行了实验研究和分析。通过对比振荡前后温度场变化,分析了振幅和温差等因素在振荡过程中对温度场的影响。结果表明,竖直振荡使密度锁内温度场向上偏移,偏移量随振幅增加而增加,随温差的增加而减小;振荡停止后,温度场随时间逐渐恢复。

密度锁在反应堆非能动安全中的作用分析

从理论上分析了密度锁在核反应堆非能动安全中的作用及特点,介绍了密度锁的工作原理和结构形式。对安装有密度锁的反应堆冷却剂系统进行了流动分析,根据流体运动方程和系统的循环流动特性,说明了密度锁的作用和具有的特性。

密度锁栅格结构对分层稳定特性影响

对密度锁内流场进行理论分析和实验观察,研究了栅格结构对密度锁分层稳定特性的影响。结果表明:在无分层时,密度锁内为涡旋流动;有分层时,涡旋被限制在分层上方,涡旋与分层相互作用,直至达到平衡;无栅格时,密度锁存在多个平衡点,分层容易从一个平衡点过渡到下个平衡点,很难稳定;有栅格时,分层能较快地达到平衡点,且由于栅格增强了能量耗散,分层界面更靠上。