自然循环过冷沸腾截面平均空泡份额实验与计算方法研究

采用RBI高温高压光学探针,对自然循环过冷沸腾截面平均空泡份额进行了实验研究。通过实验数据与应用较为普遍的Saha模型、Levy模型以及孙奇提出的真实质量含汽率模型计算值的比较发现,基于强迫循环实验数据的截面平均空泡份额计算模型无法适用于自然循环工况,且经过比较初步判定相同系统参数下高过冷沸腾区自然循环较强迫循环空泡份额偏高。另外,根据模型的比较分析结果对真实质量含汽率模型进行了拓展,使其可适用于自然循环过冷沸腾工况。

自然循环过冷沸腾流动不稳定性的实验研究

以氟里昂作工质,对自然循环过冷沸腾流动不稳定性进行了实验研究。重点研究了流动不稳定性的发生机理以及系统操作参数对流动不稳定性的影响规律。实验结果证实,在自然循环系统内,多数运行工况下会同时发生高频脉动和低频脉动两类流动不稳定性。高频脉动属于声波型脉动,低频脉动属于密度波型脉动。通过实验得出了判断系统稳定性的界限,并使用积分方程无因次分析方法得出了预测流动不稳定性的准则关系式,利用准则关系式拟合实验数据,所得的经验公式与实验结果符合良好。

自然循环静态特性实验研究

介绍了在自然循环整体实验装置(NCIF)上完成的自然循环静态特性实验结果。通过对3种泵路(泵及其出口节流件)阻力系数条件下的自然循环静态特性实验,获得了一回路平均温度维持不变的自然循环工况下,系统各热工水力参数随加热功率的变化规律;并对影响稳态自然循环流动的主要因素进行了分析。

低流速自然循环过冷沸腾汽泡脱离点实验研究

针对低流速环形通道中自然循环过冷沸腾汽泡脱离点特性进行了实验研究,运用Saha-Zuber模型、Bowring模型、Forster模型和Levy模型测算汽泡脱离点的位置,与实验值进行比较,发现由于流速较低,上述模型不适用于计算本实验条件下的汽泡脱离点。以Levy模型为基础,修正了浮力项的影响系数,修正后的模型与实验结果符合良好。

压水堆自然循环比例模化基本方程及相似准则数的研究

在分析压水堆自然循环特性基础上,以漂移流模型作为两相流模型,从独立的单相和两相方程出发,通过无量纲化处理,获得一组相同的无量纲化方程组,从而获得能够适用于单相和两相的相似准则数。同时,对自然循环现象模拟的本质以及准则数的物理含义进行了分析说明,并就模拟初始数值的选择,流动不稳定性模拟、传热及临界热流密度模拟等方面进行了分析。

低流速过冷沸腾截面平均空泡率实验研究

以高温高压单探头光学探针为主要测量手段,进行了中压低流速过冷沸腾工况空泡率实验研究,截面平均空泡率根据探针测量得出的局部空泡率在流道截面上积分计算得出。实验数据与实验前提出的空泡率计算模型进行了比较,表明该模型在低流速过冷沸腾工况可获得满意的预测结果。实验结果与Saha模型以及Levy模型的比较表明:对于低流速数据,Saha模型预测结果明显偏高,Levy模型优于Saha模型,但预测结果仍略偏高。

运动状态下压水堆自然循环比例模拟方法研究

对于安装在车、船或艇上的压水反应堆进行运动状态下的模拟试验研究,是研究其安全性的重要手段。以静止状态的反应堆自然循环比例模拟方法为基础,通过刚体运动理论获得运动装置上各点的加速度,然后带入动量方程加速度项,从而获得运动相似准则数。在此基础上,分析了等高度和变高度模拟方法,其中,变高度模拟涉及位移与角加速度等运动变量的不等时性,需要注意。

自然循环稳态特性整体模拟实验结果的应用分析方法初探

以中国核动力研究设计院整体模拟实验装置自然循环稳态特性实验结果为例，对如何将实验结果应用或推广至原型的方法进行了探讨，提出了基于自然循环稳态特性实验的研究结果，综合考虑影响稳态自然循环特性的主要模拟准则的偏差、实验条件与原型的差异以及主要参数的测量误差，对实验结果进行修正，获得对原型自然循环稳态特性预测的方法。

低质量流速绝热管内截面平均空泡率实验研究

汽液两相流空泡率实验与计算方法研究对于反应堆自然循环及事故分析具有重要意义,然而现有研究主要以高质量流速工况为主,已有的空泡率公式预测结果在低质量流速条件下也存在较大差异。为此,本文以单探头光学探针为主要测量手段,进行了低质量流速绝热工况空泡率实验研究,截面平均空泡率根据探针测量得出的局部空泡率在流道截面上积分计算得出。实验数据与已有空泡率计算公式进行了比较,表明低质量流速工况下多数公式预测结果偏高,而Chexaletal.、GE-Ramp以及Dix公式可得出非常满意的预测结果。综合Vijayan的研究结果,本文建议低质量流速空泡率计算中采用Chexaletal.的公式。

管壳式换热器壳侧传热与阻力性能的实验研究与预测

设计并建立了换热器传热与阻力的综合性能实验台,对1种弓形折流板换热器和2种连续螺旋折流板换热器壳侧的传热及阻力性能进行了实验研究,实验介质管侧为水,壳侧为油;同时基于壳侧传热实验数据;应用遗传算法预测了换热器的总换热量。实验结果表明:在相同的壳侧流量下,螺旋折流板换热器的阻力要高于弓型折流板换热器,正进正出螺旋折流板换热器的阻力高于侧进侧出螺旋折流板换热器;螺旋折流板换热器的换热系数高于弓型折流板换热器,侧进侧出螺旋折流板换热器高于正进正出螺旋折流板换热器,而且流量越大这种优势越明显。预测结果表明通过遗传算法得到的传热关联式所得的换热量比采用线性回归所得的更加接近实验数据,表明遗传算法可应用于工程中换热设备性能的预测。

自然循环蒸汽发生器倒U型管内的倒流计算

采用同时表示正流和倒流的全水动力特性曲线分析了自然循环压水堆一回路系统蒸汽发生器倒U型管内发生倒流的机理。针对蒸汽发生器内倒U型管数量巨大问题,提出了一种集总-分布参数模型。该模型用于计算实际自然循环蒸汽发生器倒U型管内的倒流时,具有计算快捷且精度高的优点。利用该模型对自然循环蒸汽发生器并联倒U型管内的正、倒流进行计算,并将计算结果与所有倒U型管逐根进行正、倒流计算的结果进行比较,结果十分接近,验证了本文模型的可靠性。

单侧带有周期性分布纵向涡发生器的矩形窄通道内传热强化的实验研究

在换热表面上周期性地安装粗糙元可以使流动区域产生漩涡从而增强换热。对单侧带有周期性分布纵向涡发生器的矩形窄通道内的强化传热进行了实验研究,得出了Re在3×103～2×104的范围内不同流动方向(顺流、逆流)条件下纵向涡发生器对流动与换热特性的影响规律。结果表明:纵向涡发生器对换热有较好的强化作用,同时通道的阻力略有增加。在3种不同比较准则(相同泵功率、相同压降及相同流量)条件下,顺流强化效果均略好于逆流。

稳态自然循环特性计算分析

在高温高压立式回路实验研究的基础上,利用RETRAN02 程序进行了稳态自然循环特性的验证性计算,计算结果与实验数据符合较好;利用该计算模型对某些参数作了敏感性研究,拓展了实验研究内容,加深了对系统自然循环特性的认识。

中国先进压水堆非能动余热排出系统稳态特性研究

系统研究了中国先进压水堆非能动余热排出系统稳态特性,共取得237组试验数据。根据实验数据分析研究了系统压力、系统冷热芯位差、系统等效阻力系数、风速对两相自然循环流量和系统余热排出能力的影响。在理论分析的基础上,得到了两相自然循环稳态流量关系式。将试验数据与计算结果进行比较,有95%的试验结果在±16%的相对误差范围内。分析结果表明,影响冷热芯位差阈值的主要参数是系统状态参数(系统压力、阀门形状阻力系数)和系统边界条件(空气入口温度、烟囱高度),由此得到了两相自然循环系统冷热芯位差阈值关系式。稳态特性研究表明,中国先进压水堆核电站非能动余热排出系统具有堆芯2%额定功率的自然循环能力。

中国先进压水堆非能动余热排出系统瞬态特性研究

系统研究了中国先进压水堆非能动余热排出系统瞬态特性,共取得78组试验数据。根据试验数据分析研究了系统冷启动与热启动方式下的过渡特性、系统无注水启动方式下的过渡特性、水锤现象以及压力峰值。结果表明,应急给水箱的注水和空气冷却器里大量的过冷水都能有效缓解事故初期压力上升,系统冷启动、系统热启动方式对系统瞬态特性基本没有影响。研究了注水速度、应急给水箱水温、空气冷却器放置方式以及注水位置对水锤现象的影响。结果表明,提高应急给水箱注水温度或增加注水回路阻力可以消除水锤隐患。瞬态特性研究表明,系统冷启动与热启动都具有良好的启动特性,能够安全带走堆芯衰变余热。

中压沸腾工况相径向分布实验研究

采用高温高压单探头光学探针,在中压沸腾工况下进行了局部空泡率与汽泡频率径向分布特性实验研究,并根据探针信号对两相流流型进行了识别,分析了中压沸腾工况下空泡率径向分布与流型的关系。研究结果表明随热平衡含汽率增加,整个直径方向上空泡率分布从近U形向鞍形和弧形发展;汽泡频率则以近U形分布为主;泡状流工况下,空泡率呈U形或近壁区显著高于中心区的鞍形分布,弹状流工况下,中心区空泡率略低于近壁区,整个直径上空泡率呈弧形分布。

竖直矩形窄缝通道滑移汽泡聚合作用可视化实验研究

采用高速摄像仪从宽面和窄面立体可视化观察了滑移汽泡间的聚合特性。研究结果表明,在低热流密度孤立汽泡区域,近壁滑移汽泡间的聚合作用过程较快,聚合重新形成的汽泡仍沿加热面平行滑移;在滑移汽泡间开始相互作用的影响距离约是其平均直径的2倍,滑移汽泡间的聚合作用是一种积极的作用,共同使得滑移汽泡的运动速度增加,有利于该区域附近换热的提高。最后探讨了核化生长汽泡间的作用及其对汽泡浮升的影响。

环形窄缝通道中沸腾压降的实验研究

在1.5～6.0MPa压力下,通过内外管通电双而加热流体,对间隙为1.0mm和1.5mm垂直环形窄缝通道内饱和沸腾状态下的压降进行实验研究。通过实验得出了新的分液相摩擦倍增因子公式,用该公式得到的计算结果与实验数据符合较好,平均误差为11．6％。

加热上升管内相及相界面密度径向分布特性实验研究

运用双探头光学探针在加热上升管内对蒸汽 -水两相流空泡率和相界面密度径向分布特性进行了测量与研究。根据实验结果 ,研究了受热工况下相及相界面密度径向分布的基本规律。实验表明 :加热上升管内汽液两相流空泡率在径向上的分布不均匀 ,工况不同 ,整个直径上空泡率分布可能是近U形、鞍形或中心区高于近壁区的近弧形 ;界面密度在整个直径上呈近似的U形分布。

低流速过冷沸腾压降实验与计算方法研究

在中压强迫循环工况下开展了低流速过冷沸腾压降实验,实验中同时对过冷沸腾空泡率进行了测量。基于得到的实验数据,对低流速过冷沸腾压降计算方法进行了研究。研究表明,过冷沸腾工况下的流动压降与重力压降亦即空泡率密切相关,选用合理的空泡率计算模型对于低流速过冷沸腾压降的准确计算极为重要。由于目前普遍采用的Saha模型、Levy模型难以得出准确的低流速过冷沸腾真实含汽率与空泡率预测结果,应用于低流速过冷沸腾压降计算时会产生较大偏差。笔者提出的真实含汽率模型和净蒸汽产生点(NVG)空泡率模型可用于蒸汽-水强迫循环低流速过冷沸腾压降计算。通过本文研究,最终得出蒸汽-水强迫循环低流速过冷沸腾压降的推荐计算方法。