“华龙一号”压力容器直接安注旁流与传热试验研究

压力容器直接注入(DVI)技术以其独特的性能逐渐被许多新型压水堆采用,但在DVI系统投入使用时会因为安注水旁流现象降低安注流量以及对压力容器壁面产生承压热冲击(PTS)。本试验以“华龙一号”DVI优化技术的安注系统为研究对象,在以1:5缩比的试验本体上,以蒸汽模拟大破口失水事故(LBLOCA)完好环路回流蒸汽,测量再淹没阶段不同DVI管嘴结构对安注水旁流特性以及压力容器壁面局部对流换热系数的影响。旁流试验发现有导流管的DVI管嘴旁流份额均显著降低;由于蒸汽冷凝作用,流向破口冷管段的蒸汽量减少,蒸汽注入比空气注入时旁流量要小得多。传热试验发现,有导流管嘴时DVI安注对压力容器内壁面影响区域较小且主要集中在管嘴正下方区域;无导流管嘴的换热系数基本上随安注流量的增大而增大。

直接安注反应堆压力容器下降环腔内射流传热试验研究

失水事故工况 (LOCA)下反应堆下降环腔内的流动和传热研究 ,对反应堆压力容器 (RPV)的安全具有重要的意义。通过对一种直接安注的反应堆压力容器内流动和传热的研究 ,将流动分为横穿射流和冲击射流 ,比较了在两种射流下下降环腔内流动和传热的特点 ,分析了流速比和对流换热系数及温度的关系 ,当流速比在 1～ 1 0时 ,流动属于横穿射流 ,对流换热主要由环腔流速决定 ;流速比大于 1 0后 ,属于冲击射流 ,环腔内对流换热主要决定于安注流速 。

直接安注接管与筒体连接区表面裂纹J积分数值计算

核岛主系统发生严重失水事故后,需要启动非能动安全注入系统注水以快速冷却堆芯,但过大的热冲击载荷易引起直接安注(DVI)接管发生快速断裂。基于RCC-M ZG3210规定,在反应堆压力容器(RPV)筒体和DVI接管连接区构建了半椭圆形表面裂纹;开发了热力耦合作用下表面裂纹弹塑性断裂J积分的数值计算模型,并进行了验证分析和裂纹强度评定;探究了温差、裂纹深长比和双裂纹交互作用对J积分的影响规律。该研究成果不仅可用于评定核岛内DVI接管表面裂纹的安全性以及抗快速断裂能力,也可用于其他承压结构在热力耦合作用下表面裂纹弹塑性J积分计算分析。

“华龙一号”压力容器直接安注比例模化可视化试验研究

压力容器直接注入(DVI)技术可降低安注系统容量的要求,同时优化支持系统的配置,可以在保证安全的前提下简化安注系统设计、提高电厂经济性。本试验以“华龙一号”采用DVI技术优化的安注系统为研究对象,在模化比例为1:5的可视化模拟体上采用有色试剂跟踪法,以空气代替蒸汽,观察大破口失水事故(大LOCA)再淹没阶段DVI安注旁流特性,以及不同DVI管嘴结构对安注旁流的影响。发现大LOCA再淹没阶段安注旁流主要体现为直接旁流,在不带导流管嘴的4个DVI安注口的安注系统设计中,大LOCA再淹没初期的安注旁流约为7%,再淹没后期约为4%;带导流管嘴的DVI安注,再淹没初期的安注旁流约为2%,导流管嘴可有效降低安注旁流份额。本研究为“华龙一号”安全系统持续优化创新提供了重要参考。

反应堆压力容器直接安注工况下的旁流现象数值仿真分析

采用直接安注技术的反应堆在发生大破口事故(LB-LOCA)时,从直接安注接管进入压力容器的冷却水会有一部分在反应堆压力容器环腔内高速水蒸汽的夹带下不经过堆芯而从破口冷管段直接流出,这部分旁流量会减少流经堆芯的冷却水,对堆芯安全性至关重要。本研究以典型百万千瓦级三环路压水堆中一个环路的冷管段发生LB-LOCA事故为例,建立了再淹没阶段的反应堆环腔数值模型,采用CFD方法研究了反应堆内汽液两相流动规律,获得了安注水通过直接安注接管进入压力容器后的旁流份额和环腔内液位的动态变化特性。研究结果表明,计算得到的两相流动特性与类似实验观察到的关键物理现象一致。本研究建立的数值模型和分析方法能够应用在直接安注技术方案论证设计中。

CAP1000反应堆堆内构件在直接安注下流动传热特性研究

在CAP1000反应堆中,使用了压力容器直接安全注射方式。由于安全注射管嘴和堆内构件的布置方式可能导致堆内构件承受较强的低温水影响,本文研究了吊篮外壁上布置的关键部件的表面温度分布及对流换热能力。使用缩比模型实验测量了堆内构件关键部位在不同安全注射条件下的壁面温度分布和换热系数,使用数值分析获得了堆内构件表面整体温度分布和换热系数。研究得到了辐照监督管顶部等危险区域上几个关键点的壁面温度和换热系数与安全注射条件间的无量纲关联式。

反应堆压力容器直接安注热分布特性研究

我国非能动系列压水堆将应急冷却系统冷却水的注入管道直接连接于压力容器上,与传统的冷管段安注不同,这种安注方式被称之为反应堆压力容器直接安注。本文以安注条件下的反应堆压力容器为研究对象,采用物理实验与数值分析结合的方法,对安注流体在压力容器表面形成的热分布形态进行研究。研究发现,不同于传统的主管道冷段斜接管安注方式,直接安注条件下安注流体在下降环腔中的分布形态接近于等腰三角形。以实验结果为基础,结合数值计算验证,发现了压力容器热分布角与流速比成正比关系,并进一步提出了安注流体分布计算模型,从而为反应堆安全设计提供参考。

PTS瞬态流动与换热数值模拟研究

为了研究压水堆因“直接安注”冷水注入压力容器下降环腔而导致的承压热冲击（PTS）热工水力问题,基于1:10比例模型,应用计算流体力学软件FLUENT5.4进行了紊流流动换热的数值模拟分析,同时进行了常压瞬态传热实验研究。针对下降环腔折算流速0.5 m/s,安注流速10m/s的典型工况,研究了安注水开启后下降环腔内的瞬态流动换热特性,数值模拟与实验结果吻合良好。考察了压力容器安注接管出口区环形焊缝区及堆芯段筒体中子强辐照区所承受的热冲击状况,基于稳态流动研究了下降环腔内流体混合特性及流动机理,为热冲击分析提供参考。

一体化多用途的非能动小型压水反应堆发生假定事故的初步分析

采用RELAP5/MOD3.2系统程序建立一体化小型反应堆的事故分析模型,包括反应堆冷却剂系统(RCS)、简化的二回路系统和专设安全设施。一体化多用途的非能动小型压水反应堆(SIMPLE)热功率为660 MWt(电功率大于200 MWe)。针对SIMPLE的直接安注管线(DVI)双端断裂事故和DVI2英寸(50.8mm)小破口失水事故(SBLOCA)进行分析。计算结果表明:对于直接安注管线双端断裂事故,破口和自动降压系统(ADS)能有效地使反应堆冷却系统降压,安注箱(ACC)和安全壳内置换料水箱(IRWST)能实现堆芯补水,确保堆芯冷却;对于DVI的SBLOCA,非能动专设安全设施能有效对RCS进行冷却和降压,防止堆芯过热。