轴向非均匀加热对并联通道流动不稳定性的影响

基于均相流模型建立并联通道系统的控制方程,采用交错网格技术和半隐式差分离散控制方程,并使用追赶法求解来模拟并联通道的两相流动特征。采用轴向余弦功率加热模拟轴向非均匀功率加热。运用小扰动法,获得了不同压力、入口过冷度和轴向功率加热方式下的稳定性边界（MSB）和三维不稳定性空间。对于余弦和均匀功率加热,系统稳定性均随系统压力的增大而增强。余弦功率加热在高过冷度区降低并联通道系统稳定性,而在低过冷度区增强系统稳定性。随进口阻力系数的增加,处于余弦功率加热的并联通道系统稳定性增强,MSB的拐点逐渐向高过冷度区移动。     

非对称工况下并联通道流动不稳定性研究

针对并联矩形通道,基于集总参数法建立了并联通道流动不稳定性分析模型,并基于此模型分析了非对称工况对系统稳定性的影响。分析结果表明,非对称工况对并联通道流动不稳定性有显著影响,在保持平均节流系数恒定的情况下,非对称节流的影响随压力增大而降低,随质量流速增大而增大;界限功率随加热不对称度增加呈先上升后下降趋势,且非对称加热的影响随压力增大而增大,随入口过冷度和质量流速增大而减小。     

并联双通道密度波不稳定性实验研究

采用两个相同的加热通道构成试验段,进行并联双通道密度波不稳定性实验研究。主要研究系统压力、质量流速和入口过冷度对流动不稳定性的影响,并给出过冷度-相变数边界。     

并联矩形通道流动不稳定性模型研究

针对并联矩形通道,基于积分法建立包括入口段、加热段和上升段的并联通道流动不稳定性模型,开发并联矩形通道流动不稳定性分析程序,并采用国内外并联通道流动不稳定性实验对程序进行验证;其次,采用计算分析程序分析并联矩形双通道系统压力、入口及出口节流等条件对矩形双通道流动不稳定性边界和系统脉动频率的影响。分析结果表明,不同压力下系统流动不稳定性边界和系统脉动频率分布重合,但对相同入口过冷度工况,随着压力增大,系统稳定性增强,系统脉动频率增大;随着入口阻力系数增加和出口阻力系数减小,系统稳定性增强,系统脉动频率增大。     

低压自然循环复合流量脉动实验研究

在低压流动沸腾不稳定性实验中，研究了自然循环流动在不同入口过冷度下的演化过程。对实验中的流动沸腾不稳定性入口流量信号进行快速傅里叶变换，基于振幅和频率特性区分了3种流动脉动模式：小幅流量脉动、复合流量脉动和逆流。分析了加热功率和入口过冷度对自然循环不稳定性的影响。根据加热段出口水温变化得到了出口的流型变化，当流量波动振幅较小时加热段出口流体始终是饱和状态，而当流量波动振幅较大时，加热段出口为单相液体和两相混合物交替通过。给出了这3种流量脉动的边界图，分析了热流密度和入口过冷度对流量脉动模式的影响。结果表明：出口含气率大于0时发生流动不稳定性，热流密度达到间歇干涸型临界热流密度时发生逆流。     

矩形窄缝通道轴向非均匀加热临界热流密度实验研究

对矩形窄缝通道轴向非均匀加热临界热流密度进行了研究.轴向加热方式为光滑的截尾余弦型,流动工质为去离子水.实验结果证明轴向非均匀加热临界热流密度低于轴向均匀加热临界热流密度.实验数据分析采用"F修正因子法",得到了轴向非均匀修正因子的半经验关系式.将该修正因子关系式同国际上已有的各种修正因子进行了比较分析,证明本文得到的修正因子预测的矩形窄缝通道轴向非均匀加热临界热流密度值更准确.     

低压自然循环复合流量脉动实验研究

在低压流动沸腾不稳定性实验中,研究了自然循环流动在不同入口过冷度下的演化过程。对实验中的流动沸腾不稳定性入口流量信号进行快速傅里叶变换,基于振幅和频率特性区分了3种流动脉动模式:小幅流量脉动、复合流量脉动和逆流。分析了加热功率和入口过冷度对自然循环不稳定性的影响。根据加热段出口水温变化得到了出口的流型变化,当流量波动振幅较小时加热段出口流体始终是饱和状态,而当流量波动振幅较大时,加热段出口为单相液体和两相混合物交替通过。给出了这3种流量脉动的边界图,分析了热流密度和入口过冷度对流量脉动模式的影响。结果表明:出口含气率大于0时发生流动不稳定性,热流密度达到间歇干涸型临界热流密度时发生逆流。     

矩形并联多通道密度波不稳定实验

采用2个相同的矩形加热通道和1个不受热大旁通通道构成实验段,在高温高压实验台架上对并联多通道流动不稳定性进行系统的实验研究.主要研究系统压力、质量流速和入口过冷度对流动不稳定性的影响.以并联多通道发生流动不稳定时矩形通道热工参数为基准绘制过冷度数-相变数(Nsub-Npch)边界图,并将其与矩形双通道流动不稳定边界进行...     

矩形窄缝通道轴向非均匀加热临界热流密度试验本体设计

矩形窄缝通道轴向非均匀加热临界热流密度试验研试验数据处理等,而试验本体的设计是试验研究能否正常开展的关键.因此,准确、合理的试验本体的设计,对于矩形窄缝通道轴向非均匀加热临界热流密度试验研究是非常重要的.本文介绍了矩形窄缝通道轴向功率按截断余弦分布的临界热流密度试验本体的设计方法和结果.试验采用电加热方式,通过改变试验本体沿轴向的壁厚来实现非均匀加热,本文还介绍了试验本体的绝缘措施,临界测量方法等.     

轴向功率分布对超临界水流动不稳定性的影响研究

针对超临界水并联通道系统,采用交错网格技术和半隐式差分格式进行离散,选主元高斯-约当消去法求解离散控制方程。验证了计算模型的准确性以均匀功率分布为基准轴向功率分布,采用下峰值功率分布、余弦功率分布和上峰值功率分布模拟轴向非均匀分布。分别对4种不同轴向功率分布下超临界水并联通道系统的稳定性边界进行瞬态计算。结果表明:相对于均匀功率分布,在整个拟过冷度区域,下峰值功率分布会降低系统的稳定性,而上峰值功率分布会增强系统的稳定性。在高拟过冷度数区域,余弦功率分布会降低系统的稳定性,而在低拟过冷度数区域将增强系统的稳定性。提出了拟单相压降比的概念来分析轴向功率分布对超临界水并联通道系统稳定性的影响机理。     

低干度并联双通道稳定性实验研究

本文介绍了低干度两相流自然循环并联双通道稳定性实验研究结果。对单通道与并联双通道的稳定性作了比较,研究了进口阻力系数不对称及加热功率不对称对稳定性的影响,以及并联双通道出口干度等条件下的稳定性特性。     

蒸汽发生器传热管密度波振荡现象研究

蒸汽发生器传热管内伴有两相流的产生,研究两相情况下传热管内密度波不稳定现象,对控制核反应堆安全运行有着至关重要的作用。通过数值计算,研究了双侧对流换热条件下的传热管密度波震荡（DWO）现象。引用Babcock&Wilcox公司的直流式蒸汽发生器（OTSG）实验进行计算模型的可靠性验证;将传热管双侧对流换热与壁面均匀加热条件下的流动不稳定现象进行比较;分析管内流体加热段高度、流动方向变化时,不稳定边界的移动情况。结果表明,增加加热段高度、适当减少传热管水平方向倾斜角度（50°~90°内变化）可以增加系统的稳定性。该研究可以为螺旋管式蒸汽发生器设计提供参考。      

超临界流动不稳定性实验的通道不对称性研究

针对国内外超临界水流动不稳定性实验研究的匮乏,结合并联双通道实验研究和数值计算成果,对影响实验可行性的通道不对称性进行了分析和讨论。分析了超临界水并联双通道流动不稳定性实验中流量脉动的变化过程,并采用自编程序对系统的稳态特性和瞬态特性进行求解。结果表明：双通道流量不对称会降低实验的可行性;流量不对称性由几何结构不对称性引起;超临界水的物性变化规律导致流量不对称性在流体温度跨过拟临界的过程中被放大;流量不对称的程度受流体温度和双通道总流量影响,实验过程中可通过减小双通道总流量来提高实验的可行性。     

低压高过冷度下自然循环流动不稳定性实验研究

对具有长直上升段的自然循环系统，开展了流动不稳定性实验研究。同时，详细分析了低压、高入口过冷度条件下典型的流动不稳定现象。实验表明：自然循环系统的结构、流体的热边界条件会影响自然循环的运行特性及流动不稳定性类型。较高入口过冷度下，高热流密度导致系统脱离稳态后，很难重新回到稳定的两相自然循环流动状态。随着热流密度的提高，系统会经历间歇沸腾、复合动态流动不稳定性等状态。依据实验结果得到了高入口过冷度下的不稳定性边界图。在两相振荡期间，自然循环驱动压头和回路阻力的主要影响因素集中在长直上升段和加热段。加热段出口积聚的大量气泡对上、下游流体的强烈挤压作用是流量大幅振荡及逆流的主要原因。     

RELAP5对自然循环下临界热流密度的数值分析

临界热流密度(CHF)是导致沸腾传热变化而使发热元件表面发生传热恶化的现象。RELAP5等系统程序的CHF模型对于传热系统的安全分析有重要影响。基于RELAP5程序对单棒及三棒束自然循环CHF实验进行建模,并在CHF实验数据基础上对RELAP5中CHF预测值进行对比分析。实验装置是带有一个向上流动通道的自然循环回路。其中单棒束加热测试段由一根轴向非均匀加热的电加热棒及圆管外壁组成的环管状流道,三棒束流道由三根相同的轴向非均匀加热棒与三叶型的外管组成。实验条件为低压、低流量的自然循环流动:入口压力110～270 kPa、入口过冷度为10～70 K、自然循环流量0～400 kg/(m2·s)。依次以质量流量、入口压力和过冷度为基准参数对比分析实验值和RELAP5预测值。结果表明在低压、低流量及自然循环条件下,RELAP5中的CHF预测值随着质量流量的增大而增大,与入口压力及过冷度之间的依赖关系不明显。通过对实验值与模型计算值的比较得到,单棒束RELAP5模型预测的CHF值偏高于实验值,而三棒束RELAP5模型的预测值较实验值偏低。     

非对称加热下摇摆对并联双通道管间脉动特性的影响

采用理论分析与RELAP5/MC程序计算相结合的方法,研究了非对称加热条件下摇摆运动对并联双通道管间脉动特性的影响。结果表明,摇摆运动会引起周期等于摇摆周期以及1/2摇摆周期的流量波动,当摇摆引起的流量波动周期与系统固有热工水力振荡周期接近时,会发生共振效应,从而使密度波振荡提前发生。增大摇摆幅度及通道到摇摆中心的距离可增强流量波动幅度,降低系统稳定性。     

低质量流速垂直并联内螺纹管密度波型不稳定性试验

在高压汽-水两相流实验台上进行了低质量流速垂直并联内螺纹管密度波型不稳定性的试验研究,观察到了垂直并联内螺纹管气-液两相流密度波型不稳定性的一些主要特征。在试验参数范围内就热负荷、系统压力、质量流速、进口过冷度和不对称加热对密度波型不稳定性的影响进行了研究和分析。同时根据试验结果,采用均相流模型得到了密度波型不稳定发生的界限关系式。     

超临界水流动不稳定类型及动态特性分析

针对超临界水冷堆(SCWR)中可能出现的流动不稳定性,采用自编程序SCIA对并联双通道内的超临界水流动不稳定的动态特性进行研究,得到系统的水动力曲线.研究结果表明:超临界水流量脉动周期约为流体流过通道时间的1～2倍;流量脉动沿轴向存在明显的相位差,进出口相位差约为180°;流量扰动在拟临界区域传播较快,在其他区域传播较慢;超临界水流动不稳定动态特性符合密度波流动不稳定性的规律;流量漂移在SCWR中很难发生.     

管内流动轴向热流密度非均匀分布对临界热流密度的影响

圆管轴向热流密度均匀分布的临界热流密度预测,通常采用局部状态假说。然而,这种方法用来预测轴向非均匀加热的临界热流密度效果不佳。当前,发展了若干预测非均匀加热临界热流密度的方法。本文叙述了各种方法的机理及其实用价值。在压水堆工况下,建议采用 F 因子法;而在沸水堆情况下,则建议采用沸腾长度法。     

径向热流密度分布对并联多通道流动不稳定性的影响研究

以去离子水为工质,在系统压力为0.89~1.32 MPa、入口质量流速为500~750 kg/(m2?s)、入口温度58.5℃~132.3℃的参数范围内,研究了5根圆管[长1400 mm、外径Φ8 mm、壁厚2 mm（1400 mm×Φ8 mm× 2 mm）]加热通道内工质向上流动时,在不同径向热流密度分布条件下并联通道内发生流动不稳定时的特征,并对比了其流动不稳定边界。结果表明,在对热通道发生流动不稳定时的参数进行处理时,径向加热热流密度分布对并联多通道流动不稳定边界无明显影响;对于不同热流密度分布的并联多通道结构,其流动不稳定边界和完全对称加热的并联多通道的流动不稳定边界是一致的。