铅铋合金冷却反应堆内气泡提升泵提升自然循环能力的理论研究

液态金属冷却核反应堆采用气泡提升泵的概念设计来提升堆芯自然循环能力。液态金属和惰性气体两相流动特性显著影响自然循环能力和系统安全性。本工作对铅铋合金冷却反应堆中气泡提升泵提升自然循环能力进行数值模拟研究。基于漂移流模型,采用空泡份额预测模型和摩擦压降预测模型分析了气体质量流量、质量含气率、气泡直径、上升管道高度对气泡提升泵提升自然循环能力的影响。结果表明:泡状流区域中,对于给定的气体质量流量,随着充入气泡直径减小,自然循环能力呈增加趋势。在泡状流、弹状流、乳状流和环状流等流型中,随着气体质量流量、质量含气率增加,自然循环能力先增大后减小。随着上升管道高度增加,自然循环流量增大。可见,流动参数显著影响堆芯热工水力特性。现有工作有助于优化带有气泡提升泵的自然循环冷却系统设计。

气泡在液态铅铋合金内上升行为的数值模拟

为利用气泡提升泵的概念设计来增加铅铋合金非等温回路的自然循环能力,需对充入回路的气泡大小进行选择。气泡的初始直径能显著影响气泡提升泵提升自然循环的能力。利用VOF模型,对不同初始直径的氦气泡在液态铅铋合金中的提升作用进行了数值模拟研究。结果表明,对于单个气泡,随着初始直径增大,提升能力呈先增加后趋于不变的趋势;初始直径较大的气泡易分裂生成较小的子气泡附着在管壁上,有影响传热效率的潜在可能。研究了在静止液态铅铋合金中,不同初始直径的氦气泡上升速度和上升高度与时间的关系及气泡分裂的原因。