基于SP-100 GSA的空气-水分离实验研究

为研究锂冷快堆除氦气用的气液分离技术,本文参考美国SP-100的被动式气体分离及蓄能设备(GSA),设计了以韦伯数为准则数、以空气和水代替氦气和液态锂的空气-水分离实验方案,并研制出凭借导叶和筛网来实现离心分离、表面张力分离的实验样机,然后通过观测气泡的收集和储存情况、除气效率,对实验样机的气液分离及储气功能进行了原理性验证。实验工况是空气-水两相流的体积含气率低于1%、水流速为0.88 m/s、气泡直径范围为0~900μm等条件。研究结果表明,实验样机可有效收集、储存水中直径大于200μm的气泡,且除气效率超过90%,与GSA关于收集、储存气泡的工作原理相符。

多孔介质-文丘里气泡发生器产气特性

将多孔介质发泡技术与文丘里气泡发生器相结合开发多孔介质-文丘里气泡发生器,以去离子水和空气为工质进行产气特性可视化实验研究,拍摄观察区域内气泡行为,分析多孔介质-文丘里气泡发生器产气规律,讨论水流量和气流量的影响规律。实验结果表明,与传统文丘里气泡发生器相比,在相同入口Reynolds数下,多孔介质-文丘里气泡发生器产生的气泡Sauter平均直径缩小25.3%~47.4%,标准差缩小24.4%~62.2%,说明改进的气泡发生器气泡Sauter平均直径更小,气泡粒径更均匀。水流量由5.01 m^(3)/h增大到14.98 m^(3)/h,多孔介质-文丘里气泡发生器产生的气泡Sauter平均直径由0.89 mm减小至0.29 mm,标准差由0.32 mm减小至0.085 mm;气流量由0.30 L/min增大到1.79 L/min,多孔介质-文丘里气泡发生器产生的气泡Sauter平均直径由0.33 mm增大到0.48 mm。说明水流量增大或气流量减小时,气泡发生器产生的气泡平均直径变小,气泡粒径分布更均匀。相关研究成果可为文丘里气泡发生器的优化提供新思路。

3×3花瓣形燃料棒-冷却剂耦合作用下子通道内过冷流动沸腾特性数值研究

为推动花瓣形燃料棒在水冷堆中的工程应用,必须了解冷却剂在花瓣形燃料棒束子通道内过冷流动沸腾特性。为此,本研究采用欧拉两流体模型和壁面沸腾模型,开展了3×3花瓣形燃料棒-冷却剂耦合作用下过冷流动沸腾数值研究。利用模拟结果探究不同子通道内空泡份额、壁面温度、横向流速等参数分布,以及均匀加热方式与轴向余弦加热方式对流动与换热的影响。结果表明,角燃料棒上最先出现过冷沸腾,随着加热功率增加,角、边、中心燃料棒上的过冷沸腾起始点(ONB)位置不均匀性减小;在相同加热条件下,角燃料棒上ONB处壁面过热度最大,其次是边燃料棒,中心燃料棒最小;燃料棒内凹弧处表面热流密度大于外凸弧处。总加热量一定的条件下,余弦加热和均匀加热相比,其壁面分布不均匀性降低。

5×5花瓣形燃料棒组件内过冷沸腾流动与换热特性数值研究

使用欧拉两流体模型和伦斯勒理工学院(RPI)壁面沸腾模型并考虑燃料棒组件内流固耦合传热,探究了5×5花瓣形燃料棒组件在均匀体积热源条件下的过冷沸腾流动与换热特性,分析了不同子通道内的速度场、温度场、空泡份额分布以及换热系数分布规律等。研究发现,棒束通道内二次流强度沿轴向呈周期性波动变化;过冷沸腾工况下花瓣形燃料组件内空泡份额峰值出现在靠近出口处,汽泡主要在燃料棒内凹弧处产生,呈逆时针偏心分布,且角子通道的汽相体积份额明显大于中心子通道;在本文模拟工况下,芯块最高温度达到657.9 K,沿轴向燃料棒芯块高温区面积逐渐增大,且角子通道的冷却剂温度高于边子通道,中心子通道冷却剂平均温度最低,各子通道的换热系数沿轴向呈周期性波动。