HR-200 MW槽孔式水力驱动控制棒阻力系数的计算

针对HR 2 0 0MW槽孔式水力驱动控制棒槽对孔处的阻力系数 ,在总结阻力系数经验公式的基础上 ,建立计算模型 ,推导出阻力系数公式 ,并进行了理论分析。分析结果表明 :阻力系数随槽与孔重合面积的增大而减小 ;步进缸内孔越大 ,阻力系数越小 ,但内孔增大到一定的值后 ,阻力系数趋近于某一个定值。为HR 2 0 0MW的工程设计奠定了理论分析基础     

控制棒水压驱动系统落棒减速性能实验研究

控制棒水压驱动系统是清华大学为低温核供热堆发明的新型的内置式控制棒驱动技术,控制棒水力减速部件是水压驱动系统的关键部件之一,通过其对控制棒落棒过程进行减速,在保证落棒时间的前提下,降低控制棒快速落棒过程的冲击力。分析了水力减速部件组成和工作原理,确定了水力减速箱侧壁开孔方案,完成了不同开孔方案工况下控制棒水压驱动系统冷态落棒减速性能实验,在实验结果的基础上对比和分析了不同方案下的落棒减速机理和落棒过程特征参数随开孔方案的变化规律。分析结果表明:随开孔面积的增大,落棒时间逐渐减小,落棒峰值速度逐渐增大。在开孔面积大于0.004 m~2时,随开孔面积的增大,落棒峰值速度增大过程趋于平缓,落棒稳定速度和落棒延迟时间变化不大,控制棒触碰碟簧速度缓慢增大。实验研究成果为控制棒水压驱动系统落棒减速部件的理论建模和设计优化提供了基础。     

水力步进缸静态保持流量的数值计算

以控制棒水力驱动系统为研究对象．采用商用流体力学计算程序CFX5对水力步进缸槽对孔部位,排气孔和迷宫漏流分别进行了数值计算．以获得步进缸的静态保持流量数值计算结果表明：槽对孔部位的流量是水力步进缸静态保持流量的主要部分．决定了水力步进缸静态保持流量随外套位置的变化规律;排气孔流量和迷宫流量所占的份额很小．其对步进缸静态保持流量的影响也很小：随着温度升高．水力步进缸的最小静态保持流量和最大静态保持流量都逐渐增大．这与实验结果吻合。     

控制棒水压驱动系统落棒减速部件三维流场分析

控制棒水压驱动系统是清华大学为低温核供热堆研制的新型内置式控制棒驱动技术,控制棒水力减速部件是水压驱动系统的关键部件之一,在保证落棒时间的前提下,通过其对落棒过程进行减速,降低控制棒快速落棒过程的冲击力,避免控制棒十字翼的变形和损坏。本文分析了控制棒水压驱动系统落棒减速机理,利用CFD软件FLUENT对驱动系统水力减速箱流道进行了三维流场数值分析,并分析了对应不同落棒位置水力减速箱流道在不同边界条件下的流场分布特性。在流场分析结果的基础上计算得到了水力减速箱侧壁孔流道和底部缓冲腔流道流量系数随落棒位移的变化,将该结果与驱动系统落棒减速理论模型联立,获得了控制棒落棒位移曲线,理论计算结果同冷态落棒性能实验结果符合得很好,从而验证了流场分析结果的正确性,在此基础上分析了落棒过程减速箱内外差压和落棒速度与水力减速箱流量系数的关系,为控制棒水压驱动系统落棒减速部件的设计和优化提供了指导。     

伺服活塞式控制棒水力驱动机构工作特性实验研究

实验研究伺服活塞式控制棒水力驱动机构的工作特性,结合驱动机构的结构特点,分析特征参数随工作状态变化规律。结果表明:随着工作压力升高,伺服管所需牵引力先迅速降低,然后降低速率减缓,最后趋于定值,启动和制动阶段所需牵引力最大;当开始提升时,驱动缸下腔压力缓慢升高,上腔压力迅速降低,下落阶段变化趋势则相反;在启动和制动阶段,流量存在一个明显的快速变化过程,随工作压力升高,流量突变值有所减小,突变时间变化不大;机构运行稳定,灵敏度高,当工作条件存在小扰动时,负载不发生抖动;各个工作状态转换平稳迅速。     

伺服管主导型控制棒水力驱动机构静态特性理论分析

本文对伺服管主导型控制棒水力驱动机构的静态保持特性进行理论计算和分析,得到了水力驱动缸的静态保持流量及其随温度的变化规律。结果表明：在可变节流口间隙的稳态工作范围内,系统所需的静态保持流量很小;随温度的升高,流体密度降低,静态保持流量相应增大。倾斜工况下的系统静态保持流量范围较正常工况下的大,控制棒的保持特性更加稳定,抗扰动能力更强,满足舰船核动力装置规范的规定。     

水力驱动控制棒静态特性理论分析

对水力驱动控制棒步进缸的静态保持特性进行了理论分析。揭示了水力步进缸的静态保持流量范围和其随温度的变化规律 ,分析了静态特性与步进缸设计参数之间关系。结果表明 :步进缸的设计参数 ,重量、对孔、迷宫、放气孔尺寸等 ,确定了其静态保持流量范围 ;水密度随温度的变化 ,决定了最大、最小静态保持流量的温度特性     

上置式水力驱动控制棒

为提高200MW低温核供热堆经济性，对控制棒结构进行优化设计。在新的控制棒方案中，将控制棒驱动缸移到堆芯活化区以上，控制棒由浮动式活塞带动上下移动。由于驱动缸移出堆芯，燃料组件排布不再缺角，减小了堆的水铀比和堆内的中子吸收，增加了堆的运行时间。适当地加大驱动缸的直径和壁厚，有效降低了制造难度，提高了控制棒运行的可靠性。通过数值计算，分析了上置式水力驱动控制棒的落棒时间。     

非能动加速的驱动线落棒特性仿真研究

模块式浮动反应堆在倾斜和摇摆的海洋环境条件下,驱动线随时面临比竖直固定条件下更加恶劣的落棒环境。为了保证控制棒的落棒时间满足安全要求,设计上考虑在驱动线上增设弹簧,实现非能动加速落棒。在现有驱动线落棒仿真模型的基础上,考虑弹簧瞬态作用力的影响,对驱动线的落棒行为进行仿真研究,得到竖直和倾斜状态下控制棒落棒过程中的位移、速度、水力作用力随时间变化的曲线。结果表明:弹簧对控制棒落棒时间有一定的改善作用,有利于克服倾斜和摇摆条件下的落棒阻力。     

控制棒落棒动力学数值计算

控制棒在安全停堆时的下落时间和下落规律是核电厂安全分析的重要参数。本文针对一种超临界水冷堆控制棒组件，采用计算流体动力学（CFD）瞬态动网格数值分析方法研究某控制棒的下落过程，分析其流场演化规律，并得到了控制棒下落过程中位移随时间、速度随时间及加速度随时间的变化规律。同时，研究了控制棒、通道发生变形时对控制棒下落规律的影响。本文的计算方法及结果对控制棒结构优化具有指导意义。      

先进安注箱阻尼器压降特性实验研究

通过开展先进安注箱阻尼器压降特性实验,获得了阻尼器两种不同形式的压降特性,研究了不同几何参数对压降系数的影响规律,并且拟合了压降系数关系式。结果表明:在实验参数范围内,漩涡压降系数随雷诺数增加而逐渐增大,交混压降系数随大/小管流量比的增加,先快速减小而后缓慢增加。小管宽度和阻尼器直径对漩涡压降系数有一定程度影响,大小管夹角、阻尼器直径和大管宽度对交混压降系数有影响,小管宽度对交混压降系数影响不明显。漩涡压降系数关系式预测值与实验值偏差在±10%以内,交混压降系数关系式预测值与实验值偏差较大。      

几何参数对含空气蒸汽冷凝影响的数值分析

含空气蒸汽冷凝是反应堆失水事故时安全壳内重要的热工水力现象。已有研究多关注气体压力、温度等热工参数对传热特性的影响,而对几何参数的影响及其作用原理分析较少。采用三维CFD数值模拟方法,基于扩散边界层冷凝机理模型研究了管径(4~60 mm)、管长(0.1~7 m)及倾角(0°~90°)对含空气蒸汽冷凝传热特性的影响。结果表明,管径、管长及倾角均对含空气蒸汽冷凝传热特性有显著影响。平均冷凝传热系数随管径的增大而减小;随管长的增长先减小后增大,3 m左右达到最小值;随倾角的增大而增大。局部冷凝传热系数沿管长方向先迅速减小后缓慢增大。倾斜布置时,迎流面产生明显传热强化,向两侧逐渐减弱,背流面存在一定的传热抑制。     

套管式直流蒸汽发生器的换热特性优化

介绍了一种双面换热的套管式直流蒸汽发生器,其元件由直管外管和螺旋内管组成。这种结构的蒸汽发生器虽强化了换热,却增加了流动阻力,因而存在沿轴向的螺距变化使阻力增加最小而使总体换热量达到最大的最优化问题。通过分析内管螺距对强化换热和流动阻力的影响,采用有约束非线性优化方法对螺距进行了优化。在不同的换热区得出了不同的优化结果,可为直流蒸汽发生器的工程设计提供理论依据。     

近临界压力区垂直内螺纹管临界热流密度实验研究

在近临界压力区,对垂直上升内螺纹管流动沸腾的偏离泡核沸腾(DNB)型临界热流密度(CHF)现象进行了实验研究。试验段采用ф35 mm×5.67 mm六头内螺纹管。实验参数范围为:压力18~21 MPa,质量流速500~1 000kg/(m~2·s),进口过冷度3~5℃,内壁热负荷40~960kW/m~2。实验得到了不同工况下的内壁温度和传热系数分布特性,分析了流动参数对内螺纹管中DNB型CHF的影响,并根据实验数据拟合出两相区的传热关联式与临界热流密度(qCHF)预测关联式。内螺纹管的qCHF实验数据被用于与光管的qCHF预测值进行对比,发现内螺纹管具有一定的CHF强化作用,但当压力越靠近临界压力时这种作用会被抑制甚至消失。实验结果表明:在近临界压力下,内螺纹管会在低干度区甚至过冷区发生DNB现象,压力的增大和质量流速的减小均会使DNB提前发生。qCHF随压力的减小和质量流速的增大而增大。在特定工况下,试验段不同截面会分别发生偏离泡核沸腾与蒸干。     

Experimental Modeling of Steam-Water Countercurrent Flow Limit for Perforated Plates

An experiment on steam-water countercurrent flow limit (CCFL) was performed using perforated plates with variations of hole size, hole edge chamfer and plate thickness. The results show that coefficients in existing countercurrent flow correlations depend on those geometry variations.

Based on the observations of the flow through a plate, a simple model for the estimation of countercurrent flow was derived. The model contains a parameter which is only dependent on plate geometry. The model was applied to experiment results from several plate geometries and closely predicted not only the CCFL for experiments performed during this work but also for other experiments performed with a larger size perforated plate.     

The study on the hydraulic control rod driving system in cyclical swing

This paper discusses the behavior of the hydraulic control rod driving system (HCRDS) in cyclical swing. The first generation HCRDS with the hole–hole step cylinder, the important driving component, has been applied in 5 MW nuclear heating reactor for several years and run well all along. The second generation with the chamfer-hole step cylinder has also been developed and studied.The HCRDS working principle, as well as the particular design of the hole–hole step cylinder, has been introduced in the paper. The control rod (CR) behavior when HCDRS vacillating in certain swing and cycle has been analyzed subsequently. The calculating result indicates that the CR can keep its balance in such unstable state and the operation of driving CR upwards or downwards can function properly likewise. In cyclical swing, the CR can drop down quickly and meet the reactor shut-down needs. The theoretical analysis proves the HCRDS reliable and safe, establishing basement for its further research and wide use.     

Improvement of plasma uniformity and mechanical properties of Cr films deposited on the inner surface of a tube by an auxiliary anode near the tube tail

In order to improve the length of plasma in a whole tube and mechanical properties of Cr films deposited on the inner surface of the tube, a high-power impulse magnetron sputtering coating method with a planar cathode target and auxiliary anode was proposed. The auxiliary anode was placed near the tube tail to attract plasma into the inner part of the tube. Cr films were deposited on the inner wall of a 20# carbon steel tube with a diameter of 40 mm and length of 120 mm. The influence of auxiliary anode voltage on the discharge characteristics of the Cr target, and the structure and mechanical properties of Cr films deposited on the inner surface of the tube were explored. With higher auxiliary anode voltage, an increase in substrate current was observed, especially in the tube tail. The thickness uniformity, compactness, hardness and H/E ratios of the Cr films deposited on the inner surface of the tube increased with the increase in auxiliary anode voltage. The Cr films deposited with auxiliary anode voltage of 60 V exhibited the highest hardness of 9.6 GPa and the lowest friction coefficient of 0.68.     

控制棒导向管外流道旁流特性实验研究

冷却剂流经核反应堆堆芯时，绝大部分通过燃料组件内部流过，带走裂变能量。另外一小部分作为旁流经过燃料组件外侧流道、控制棒导向管外侧及内侧流道流出。为确保反应堆在正常运行工况下的安全性，必须限制堆芯旁流流量。本文通过开展导向管外侧流道阻力特性实验研究，在不同流量工况下获得了分段压差，并进一步拟合了雷诺数与阻力系数的关系式。实验结果表明，导向管外侧流道压力损失主要集中在堆芯下栅格板处，当反应堆额定工况运行时，单组导向管外侧流量仅为0.196 m³/h。