带绕丝2×2棒束超临界水传热实验研究

针对两流程带绕丝定位的2×2棒束实验本体,开展了超临界水的流动传热实验研究。实验结果表明,在带绕丝的2×2棒束中,同一横截面上存在显著的周向温度不均匀现象。在较小的G/q工况下出现传热恶化现象,且存在二次恶化现象。由于绕丝的搅混作用,流道下游的传热恶化得到抑制。实验表明,棒束传热规律与单管类似,对比结果指出Bishop等（1964）的计算公式能较好地预测实验结果。同时与不带格架的2×2棒束相比,绕丝具有强化传热的作用。     

超临界水四棒束传热数值分析

超临界水冷堆(SCWR)开发的关键是棒束内超临界水(SCW)的热工水力特性。本文针对超临界水四棒束流动传热实验进行CFD数值模拟,SSG湍流模型的计算结果与实验结果吻合良好。分析结果表明,流动方向对棒束截面内流量分布有显著影响。与下降流相比,尽管上升流时棒束间流动搅混较弱,但上升流时棒束截面流量及壁面周向温度分布更加均匀,加热棒壁面温度更低。可见,棒束横截面上的流量分布是影响加热棒壁面流动传热的主要因素。     

带格架四棒束超临界水流动传热数值分析

棒束内超临界水流动传热是超临界水堆堆芯热工水力研究的重要内容,但对其认识还十分有限。本文针对四棒束内超临界水的流动传热现象开展数值模拟,特别分析了定位格架对棒束通道内流动和传热的影响。结果表明,采用SSG湍流模型计算所得到的棒束壁面温度和实验结果吻合良好,定位格架的存在影响下游流体的速度分布,显著提高格架下游的传热特性,交混系数有大幅上升,使得加热棒周向壁面温度分布更加平均,最高温度出现位置发生改变。     

2×2棒束内超临界水传热特性实验研究

以中国超临界水冷堆（CSR1000）燃料组件研发为研究背景，采用实验辅以理论分析的方法，开展2×2棒束结构内超临界水工质的传热特性研究。实验工况范围为:压力（P）23~25 MPa；质量流速（G）680~1400 kg/(m2?s)；热流密度（q）174~968 kW/m2。实验结果表明，随着q的增加、G的减小，2×2棒束的传热性能减弱；随着P从23 MPa变化到25 MPa，2×2棒束的传热性能变化微弱； 2×2棒束内超临界水的传热特性既与边界层和主流的物性差异程度有关，又受流道各子通道之间的流动传热不均匀性影响；基于实验数据进行多元线性回归分析，获得2×2棒束内超临界水换热关系式，约88.9%的实验数据与该换热关系式的计算值偏差范围在±25%内。      

含绕丝2×2棒束内超临界水传热试验研究

以超临界水冷堆燃料性能验证试验为背景,对带有螺旋绕丝的2×2棒束内超临界水的传热特性进行了试验研究。试验参数范围为：压力23～28 MPa,质量流速400～1 000 kg/(m²•s),壁面热流密度200～1 000 kW/m²。通过试验,获得了加热管周向壁温的分布规律,并分析了热流密度、质量流速、压力、螺旋绕丝对壁温和换热系数的影响。研究结果表明,加热管周向壁温呈现非均匀、非对称分布的特性,最高壁温出现在边角子通道或螺旋绕丝覆盖的位置。在拟临界区,换热系数随热流密度的升高或质量流速的降低而迅速减小,而随压力的变化较微弱。相对于光滑2×2棒束,螺旋绕丝不仅改变了周向壁温分布规律,同时也提高了平均换热系数。     

棒束内超临界水传热实验研究

在中国广核集团有限公司和上海交通大学共建的超临界水多功能实验装置上,针对两种不同节径比(P/D)的棒束通道开展了超临界水流动传热实验,获得了传热实验数据,观测到了通道内棒束间明显的周向温度不均匀现象和定位格架导致的传热强化现象。通过对各种热工水力参数的实验研究,得出超临界水流动传热结论:随热流密度的增加,传热系数逐渐减小,棒束壁温周向不均匀程度逐渐增加;随质量流速的增加,传热系数逐渐增大,棒束壁温周向不均匀程度逐渐减小;随压力的逐渐升高,传热系数少许降低;随P/D的减小,棒束通道内的传热明显增强。     

三角布置棒束内超临界水传热实验研究

在超临界水多功能实验装置上开展了三角布置棒束内超临界水流动传热实验研究,通过实验观测到了通道内棒束周向温度分布不均匀现象和定位格架导致的传热强化现象,获得不同热流密度、质量流量及压力范围内的传热实验数据,拟合得到预测偏差为±15%的三角布置棒束超临界水传热关系式。      

低衰变功率乏燃料棒喷淋冷却实验研究

本文基于超设计基准事故,建立1套乏燃料水池喷淋冷却实验装置,选用5×5电加热棒束模拟局部乏燃料组件,分析当乏燃料水池池水完全排空状况下,维持乏燃料包壳温度在300℃时所需的最小喷淋流量密度以及周围棒束对单棒的影响效果,并开展了低衰变功率下的喷淋冷却实验。结果表明:单棒加热功率小于25 W的加热棒束无需额外冷却操作,仍处于安全状态。分别采用流量密度2.393、2.950、3.876(m~3/h)/m~2进行喷淋冷却,可使单棒加热功率为100、125、150 W的加热棒束最高温度稳定在300℃左右。目标棒外围第1、2层棒束对其温度影响较大,第3层及其以外的加热棒束对目标棒的影响较弱。     

2×2稠密棒束内超临界水的传热特性试验研究

在压力p=23～28 MPa、质量流速G=350～1 000 kg/(m²•s)、热流密度q=200～1000 kW/m²的试验参数范围内,对2×2棒束内超临界水的传热特性进行了试验研究。试验得到了加热管周向壁温分布规律,并就出现周向温度差异的原因进行了分析。此外,给出了压力、质量流速及热流密度等系统参数对平均传热特性的影响,分析了低质量流速下出现的传热恶化现象。试验结果表明：加热管周向壁温并不均匀,边角子通道壁温最高,中心子通道壁温最低,周向壁温的高低与横截面流通面积的不均匀性紧密相关。随着热流密度的提高或质量流速的降低,超临界水的传热受到抑制,当q/G增大到一定程度时,棒束内发生传热恶化。     

7棒束紧密栅元流体流动传热数值研究

紧密栅元内的流体流动传热研究对高转化比反应堆燃料组件的优化有十分重要的意义。本文采用CFD方法对7棒束紧密栅元棒束通道内流体流动传热现象进行了数值模拟,并与7棒束紧密栅元内氟利昂流体传热的实验结果进行对比分析,详细分析了定位格架对棒束内流体传热流动的影响。结果表明：数值计算所得的非加热棒的壁面温度和实验吻合良好,定位格架的存在对其下游流体流动、棒束最高温度分布及交混系数有明显的影响,棒束某些位置因流动滞止导致温度大幅上升,在设计中应加以注意。     

带交混翼矩形流道内超临界流动传热CFD研究

针对超临界水堆使用的棒束，取1根加热棒为中心的矩形区域作为研究对象，采用CFD中CFX10作为数值计算方法，研究了25MPa超临界压力下，有无交混翼时流体的流动和传热特点。计算结果表明：交混翼可增加流道内温度分布的均匀性，同时具有强化传热作用。     

棒束通道中格架对传热影响的实验研究

针对格架下游传热问题，开展了格架对5×5棒束通道中传热影响的实验研究，实验Re约为1000～30000，浮升力参数Bo*为2×10^-7～3×10^-3。观察实验结果发现，格架下游传热与浮升力参数存在较强关联，当浮升力参数较大时，格架下游传热较复杂，且不同于人们以往对格架下游传热的认识。通过对实验数据分析，提出了新的预测格架下游传热的经验关系式，此关系式考虑了浮升力对格架下游传热的影响，且能较好地对格架下游传热进行预测。     

类三角形堆芯子通道超临界水传热试验研究

针对超临界水冷堆(SCWR)堆芯垂直上升类三角形子通道,开展超临界水的流动传热试验研究。反应堆堆芯类三角形子通道棒束直径为8 mm、栅距比为1.4。试验参数范围为:热流密度q=200~800 kW/m~2、压力P=23~28 MPa、质量流速G=700~1 300 kg/(m~2×s)。分析了q、P和G等热工参数对超临界水传热特性的影响。试验结果表明:超临界压力下,壁面温度T_w随q和P的增加而升高,传热系数峰值降低;提高G能够强化超临界水的传热,G增加,T_w降低,传热系数增大;当G增大到一定的程度,改变G对传热起到强化作用的效果不如在低G下显著;当q达到800 kW/m~2时,在大比热区,T_w随焓值变化剧烈,传热系数峰值不明显;当P提高到28 MPa时,大比热区的强化传热作用被削弱。     

带定位格架的类三角形堆芯通道超临界水传热试验研究

针对带定位格架的超临界水冷堆堆芯垂直上升类三角形子通道,开展超临界水的流动传热试验研究。反应堆堆芯类三角形子通道棒束直径为8 mm、栅距比为1.4,试验参数范围为:热流密度q=200~600 kW/m2、压力P=23~28 MPa、质量流速G=700~1300 kg/(m2·s)。分析了热流密度、压力和质量流速等热工参数对超临界水传热特性的影响。试验结果表明:定位格架处质量流速升高,流体扰动性增强,换热系数提升显著;在超临界压力下,提高压力会导致内壁温度上升,换热系数峰值降低;过高的热流密度会导致换热系数峰值降低,适当减小热流密度可提高换热性能;提高质量流速会导致内壁温度降低,换热系数峰值上升,能够显著提高换热性能。压力变化对定位格架区域传热特性影响较小,适当提升压力可提高系统安全性。      

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。     

液态金属棒束传热的理论分析

液态金属棒束传热研究在快堆中有重要的应用价值。采用六边形的传热单元，等边三角形布置的棒束传热问题可转化成同心环管的传热问题。引入水力直径修正及温差、热混合两项温度修正后，得到了全新的三角形布置的棒束顺流传热关系式，对实验数据取得了良好的预测效果。同时发现，温度修正的第2项可作为子通道方法中有效混合长度的计算式。     

超临界水实验回路热工水力分析

作为超临界水堆失水事故分析的关键现象,跨临界过程(即超临界水堆的压力从超临界状态降到次临界状态22.1 MPa以下)受到国内外的关注。上海交通大学的超临界流体多功能实验回路(SWAMUP)计划对这一泄压过程进行实验研究。为确保该实验装置在实验过程中的安全性能,采用系统程序ATHLET-SC对该实验回路进行预计算分析,主要针对该系统在泄压跨临界过程中的热工水力参数,包括系统压力、冷却剂流量、加热棒壁面温度等展开计算,并讨论一些重要参数如泄压速度、加热棒加热功率等对计算结果的影响。计算结果表明,修改后的ATHLET-SC程序可模拟跨临界瞬态过程,在实验过程中,加热棒壁面温度不会超过设计上限温度,然而,回路中换热器的内外最高压差将会达6 MPa,这一点需在实验中特别考虑。     

超临界水堆子通道分析

超临界水堆作为6种第4代未来堆型中唯一的水冷堆，具有一些独特的特点，受到了广泛重视。本工作以上海核工程研究设计院的常规压水堆子通道程序为基础，开发编制了适用于超临界水堆的子通道程序，并对典型带有慢化剂水棒的超临界水堆燃料组件进行了模拟计算，得到了堆芯子通道内的温度、燃料棒包壳温度、表面传热系数等参数的分布规律。此外，研究了不同超临界流体换热关系式对计算结果的影响，结果显示，各传热关系式的计算结果存在一定差异。     

含绕丝2×2棒束内超临界水传热特性数值研究

超临界水冷堆燃料组件多采用稠密栅格布置,用绕丝进行定位,绕丝可增强通道间的交混能力,对通道的换热特征会产生明显影响。以含绕丝的小棒束2×2组件为分析对象,采用计算流体动力学(CFD)方法分析超临界条件下绕丝对换热特征的影响。分析结果表明:绕丝会改善通道的换热能力,抑制周向不均匀分布,但也可能在局部产生壁温峰值。在数值计算中发现壁温峰值的成因有两类,并对二者的成因进一步叙述,分析绕丝结构参数对换热特性的影响。     

均匀加热全长棒束过冷沸腾工况子通道参数场计算分析

采用壁面热分配模型对PSBT基准题中的5×5均匀加热全长棒束过冷沸腾传热进行了数值模拟研究，分析了均匀加热全长棒束通道中不同子通道和加热元件表面参数沿轴向的发展过程和径向的分布特性。研究发现，角通道和边通道是弱对流区域，其质量流速低于棒束平均值，但由于冷棒功率偏低，消除了流动不均衡性对传热效果的影响。在棒束径向方向，不同位置子通道间参数场存在差异，这是由于位于搅混格架横向导流对角方向的通道具有更有效的通道间对流效果，其传热效果更好。这种流动特性引起的参数差异在角通道中尤为显著。热棒表面过热度明显高于冷棒过热度，且位于非搅混格架横向导流方向的热棒具有更高的壁面过热度。