一种特殊的非对称加热矩形通道临界热流密度实验研究

介绍在高温、高压热工实验装置上进行的垂直上升流条件下一种特殊的非对称加热—单侧加热窄缝矩形通道临界热流密度(CHF)实验研究。实验研究了质量流速、临界含汽量等参数对单侧加热矩形通道CHF的影响规律。研究结果表明,在实验参数范围内,单侧加热与双侧加热的CHF值相差不大,且两者的变化规律基本一致:即在其他热工参数保持不变的情况下,单侧加热CHF随临界含汽量的增加而减小,随入口过冷度的增加而增大;在较低含汽量范围内,单侧加热CHF随质量流速的增加而增大;在较高含汽量范围内则趋势相反。本文提出的单侧加热矩形通道CHF计算关系式在参数范围内计算精度良好。     

竖直圆管内欠热和含汽流动沸腾临界热流密度实验研究

正在直径为8.2mm、加热长度为2.4m的均匀加热圆管上对欠热和含汽强迫流动沸腾工况下的临界热流密度(CHF)进行了实验,覆盖的参数范围为:压力为3～21MPa,质量流速为963～3 883kg/(m~2·s),出口含汽率为-0.87～0.78。系统参数研究表明:CHF随进口欠热度和质量流速的增加而呈线性增加,随进口含汽率的增加而迅速减小。在次临界压力区域,CHF随压力的增加而减小,欠热度对CHF的影响减弱。不同含汽量的工况下,CHF     

不同流道间隙下矩形通道临界热流密度的实验研究

在氟利昂工质条件下,进行1~3 mm间隙的矩形通道临界热流密度(CHF)的实验研究。研究发现,在1~3 mm间隙的矩形通道内,随着压力的升高,CHF稍有下降;质量流速对CHF的影响呈非单调关系,在低含汽率区随着质量流速的增大,CHF增大;在高含汽率区,随着质量流速的增大,CHF减小;临界含汽量的增加导致CHF明显降低。综合分析表明,在本实验工况参数范围内,流道间隙范围为1~3 mm的矩形通道在相同的工况参数条件下,其CHF基本不受流道间隙的影响。     

竖直圆形通道周向均匀和非均匀加热临界热流密度实验研究

以混合堆次临界包层为研究对象,开展对竖直圆形通道的均匀加热和非均匀加热条件下的临界热流密度实验。基于均匀加热实验获得实验关系式,并通过数据统计规律的分析和与现有关系式的比较,验证本实验关系式的准确性和可靠性。以该实验关系式作为基础,比较周向非均匀加热效应对临界热流密度的影响。结果表明:偏心管形式的周向非均匀加热的临界热流密度受质量流速的影响不大,在低含汽率下低于均匀加热的预测结果,在高含汽率下高于均匀加热的预测结果;二者比值随含汽率呈线性关系。     

矩形通道临界热流密度计算模型的实验评价

自然循环条件下,矩形通道内的临界热流密度(CHF)发生受到很多因素影响,目前对其特征的把握尚不完善。将本研究中得到的实验结果与Katto的强迫循环和Zhang的自然循环两种CHF模型的计算值进行比较,分析两种模型在实验条件下的适用性以及入口流速、出口质量含汽率和压力对CHF的影响。研究表明:Katto模型的计算结果普遍高于实验值,而Zhang模型的计算结果与实验值符合较好。随着入口流速的增大,自然循环和强迫循环CHF均逐渐增大;随着出口质量含汽率的增大,两类循环的CHF均减小;随着压力的增大,两类循环的CHF都增大,而在较大压力条件下自然循环CHF的增长速率随系统压力的增大而减小。     

矩形通道临界热流密度计算模型的实验评价

自然循环条件下,矩形通道内的临界热流密度(CHF)发生受到很多因素影响,目前对其特征的把握尚不完善。将本研究中得到的实验结果与Katto的强迫循环和Zhang的自然循环两种CHF模型的计算值进行比较,分析两种模型在实验条件下的适用性以及入口流速、出口质量含汽率和压力对CHF的影响。研究表明:Katto模型的计算结果普遍高于实验值,而Zhang模型的计算结果与实验值符合较好。随着入口流速的增大,自然循环和强迫循环CHF均逐渐增大;随着出口质量含汽率的增大,两类循环的CHF均减小;随着压力的增大,两类循环的CHF都增大,而在较大压力条件下自然循环CHF的增长速率随系统压力的增大而减小。     

环形窄缝通道内干涸型临界热流密度的理论研究

在双面加热的垂直环形窄缝通道内,对向上流动环状流的临界热流密度(CHF)进行理论研究,以质量、动量和能量守恒方程为基础建立数学物理模型。对该模型进行数值求解,得到了不同窄缝间隙通道内的CHF和临界含汽率的关系曲线,分析得出压力对CHF的影响,并将理论计算值与实验值进行比较。     

水平圆管临界热流密度实验研究

对水平圆管内低质量流速临界热流密度(CHF)进行了实验研究和分析。实验研究发现,水平流动圆管沸腾临界发生在圆管加热壁面顶部。通过对沸腾临界发生时圆管出口的质量含汽率和流型进行分析发现,本文研究的参数范围内沸腾临界时的出口含汽率高,流型为环状流,沸腾临界类型为干涸型(Dryout)。将经验公式预测值与实验结果进行比较发现,Bowring公式和Lookup table的预测值远大于CHF的实验值。导致此现象出现的主要原因为:Bowring公式和Lookup table是基于竖直流动CHF实验数据开发的模型,水平流动时在重力的作用下环状流液膜呈非均匀分布,顶部液膜干涸提前触发沸腾临界造成CHF值降低。     

严重事故条件下压力容器下封头外表面临界热流密度实验研究

开展堆腔注水冷却系统的临界热流密度(CHF)实验。采用等宽矩形发热段模拟压力容器下封头,分别在池式沸腾及强迫循环工况条件下,对发热壁面不同角度位置处的CHF限值进行实验研究。实验结果表明:在池式沸腾和强迫循环工况条件下,CHF随角度的变化关系都可以分为3段,在靠近入口的区域,池式沸腾条件下CHF随角度增加而升高,而强迫循环工况条件下CHF随角度增加逐渐降低;在中部区域,CHF随角度增加而升高;在靠近出口的区域,CHF随角度增加而降低。     

环形通道内棒偏心和弯曲工况临界热流密度机理研究

本文分别从两种不同类型的临界热流密度（CHF）的触发机理出发,分析了内棒偏心和弯曲对CHF的影响。以氟利昂（R-134a）作为流动工质,在竖直向上流动的环形通道内开展了仅内棒加热的CHF实验研究。实验段包含3种形式：同心、偏心和弯曲。偏心实验结果表明：在高过冷工况下,内棒偏心将对CHF造成惩罚,且偏心率为0783的实验段对CHF惩罚更严重;在低过冷工况下,偏心效应减弱。高压高质量流速工况,空泡漂移效应会导致偏心率为0783的CHF大于偏心率为0435的CHF。弯曲实验结果表明：小闭合度的弯曲对CHF几乎没有影响。大闭合度的弯曲对于低质量流速的Dryout型CHF,弯曲棒会破坏液膜的稳定性;对于低质量流速的DNB型CHF,空泡漂移效应远小于偏心通道,弯曲的CHF小于相同最小间隙下偏心的CHF。     

临界热流密度实验研究进展

临界热流密度是重要的限制性热工参数，它的大小直接影响反应堆的安全性和经济性。本文介绍了我国核电站临界热流密度实验研究进展，比较了国外核电站临界热流密度研究发展状况，文章认为，我国临界热流密度实验研究的发展方向是进行全长棒束非均匀加热临界热流密度的实验研究。     

神经网络在CHF预测中的应用

利用人工神经网络理论对均匀加热垂直上升圆管内的临界热流密度（ＣＨＦ）进行预测和参数趋势分析。本研究采用局部条件假设,并选用Ｃｒｏｅｎｅｖｌｄ的ＣＨＦ查询表数据为本文神经网络训练的样本,采用训练成功的网络预测ＣＨＦ值可以得到比常规方法更好的效果,其均方差为１４．９％。     

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.     

临界热流密度的人工神经网络预测法

本文成功地训练了3种用于预测临界热流密度(CHF)的人工神经网络,其输入参数分别是系统压力、质量流速、平衡含汽量;其输出参数是CHF.通过人工神经网络,分析了压力、流量、热平衡含汽量和进口过冷度对CHF的影响,且成功地将人工神经网络应用于CHF的预测中,预测结果与实验值符合很好.分析结果表明:人工神经网络训练的3种类型中,类型Ⅱ的预测精度最高,可达±10%.     

池沸腾下朝向SA508钢表面临界热流密度特性试验研究

反应堆压力容器外部冷却（ERVC）是实现熔融物堆内滞留（IVR）的重要方案之一，而反应堆压力容器（RPV）外壁面的临界热流密度（CHF）决定了ERVC冷却能力的限值。为此建立小型CHF试验装置，并采用RPV用SA508钢制作试验块加热表面。以去离子水为试验工质，开展池沸腾下朝向CHF试验，研究真实RPV表面材料在不同倾角和过冷度条件下的CHF特性，及其老化效应对CHF的影响。结果表明：SA508钢表面极易氧化生锈，其CHF较不易生锈的铜和不锈钢表面要高；SA508钢表面CHF随倾角的增大而增加，但在30°附近存在转折，转折角以下范围内的CHF随倾角增加趋势不明显；CHF随过冷度的增加而增加，且基本呈线性变化。本试验有助于进一步认识RPV外壁面的CHF行为，为后续开展CHF增强方法研究奠定基础。     

Experimental Research on Critical Heat Flux for Downward-facing Pool Boiling with SA508 Steel Plate

The external reactor vessel cooling (ERVC) is one of the important methods to achieve the in-vessel retention (IVR), while the critical heat flux (CHF) on the outside wall of the reactor pressure vessel (RPV) decides the maximum heat removal capacity of ERVC. In present work, a small CHF test facility was established. The test surface was made of SA508 steel which was the same surface material of prototype RPV. The deionized water was used as coolant in downward-facing CHF test under pool boiling condition. The influence of the real RPV material surface at different inclination angles and sub-cooling conditions on the CHF characteristics was studied. The influence of aging on CHF was also studied. The results show that the SA508 steel surface is easily oxidized, so its CHF is higher than that of copper and stainless steel surfaces. The CHF of SA508 steel surface increases with inclination angle, but there is a turning point near 30° and the CHF below the turning angle has no obvious trend with the increase of inclination angle. The CHF increases with the sub-cooling, and it shows linear growth characteristics. The test results provide a further understanding of the CHF behavior on the RPV outside wall and lay the foundation for future research work on CHF enhancement methods.     

竖直圆管内向上流动的干涸实验研究

在直径为8.2 mm的竖直向上均匀加热圆管上进行了干涸型临界热流密度实验研究，加热长度2.4 m，压力3.2～19.7 MPa，质量流速963～2 707 kg/（m²•s），进口欠热度34～213 ℃，出口含汽率0.11～0.78。研究发现：临界热流密度随进口欠热度、质量流速的增加而线性增加，随出口含汽率的增加而迅速减小。通过对临界气液两相参数的分析发现，本实验参数范围内，蒸汽速度是导致干涸的主要原因。当达到临界蒸汽速度时，近壁面液体消失触发临界。随压力的增加，表面张力逐渐减小，液膜更易被撕裂，因而临界蒸汽速度随压力的增加而减小。从高压实验数据出发得到临界蒸汽速度U_cr，参考Steen和Wallis推荐的夹带开始速度U₀，建立了预测临界蒸汽速度的模型：U_cr=25U₀+4。利用低压实验数据对预测模型进行了验证，符合较好。     

窄通道自然循环临界热流密度的非线性分析

通过自然循环流动实验,取得5 mm间隙窄矩形通道的自然循环临界热流密度（CHF）发生时的可视化图片,以及流量、壁温和实验段压差信号,并运用非线性分析技术对CHF发生过程进行了定性和定量研究。研究发现：自然循环压差时间序列的功率谱在半对数坐标中呈指数下降;自相关系数逐渐下降;三维吸引子相图表现出奇怪吸引子的特点。这表明了自然循环系统CHF的发生过程具有非线性混沌特性。自然循环CHF发生的初始阶段,由于流量脉动和流型往复变迁,流动和换热表现出一定的周期性;随着热流密度的提高,周期性减小,随机性增大,但总能达到一个确定的状态,体现了混沌运动的特点。