棒束中高含气量空泡份额计算模型适用性的研究

在子通道分析程序中,空泡份额计算模型对两相流的分析预测结果有显著影响.在较高含气率条件下,空泡份额计算模型在子通道分析程序COBRA中的适用性并没有经过充分的验证.本文用COBRA程序中自带的空泡份额计算模型与选自文献的4个空泡份额模型,对4×4棒束的气.液两相流进行子通道分析.结合实验数据,选取相对焓升和相对质量流速比,对预测结果进行分析评估.结果表明,在本文的计算范围内,Dix模型和滑速比S=1.5时的滑速比模型的预测结果最优.     

较大管径中两相流动漂移流模型研究

漂移流模型作为一种简单实用的模型，在反应堆热工水力及安全分析，特别是在空泡份额的计算方面，应用非常广泛。针对不同的通道及流型，研究者提出了多种基于漂移流模型的计算方法。通过较大通道中两相流动过程的实验研究，对5种空泡份额计算模型进行评价分析。结果表明，基于常规通道的Hibiki-Ishii模型与实验值吻合较好，平均相对误差为14.1%。结合对气泡运动过程的研究，发现在〈J_g〉β<0.027区，分布参数C₀<1，据此，给出了在较大管径通道中计算精度更高的模型关系式。     

空泡份额模型在矩形通道沸腾压降计算中的适用性评价

分析了各空泡份额模型随质量流量、系统压力及质量含气率的变化关系,并对各空泡份额计算模型在窄矩形通道内的应用进行了评价。研究结果表明:尽管空泡份额模型选取对重位压降及加速压降计算影响极大,但由于窄矩形通道内的饱和沸腾流动以环状流为主,重位压降及加速压降在两相总压降中的份额极小,因此在两相摩擦压降计算过程中,空泡份额模型的影响非常轻微。采用Zivi模型计算得到的沸腾摩擦压降与其他关系式计算值相对偏差在±5%范围内,因此建议采用Zivi模型计算窄矩形通道内空泡份额。     

全长尺寸5×5格架棒束通道两相流动特性研究

采用两相计算流体动力学(CFD)分析的方法,对全长尺寸格架棒束通道内过冷沸腾两相流动进行了数值模拟。将模拟得到的棒束通道中心4个子通道的平均空泡份额与实验值进行对比发现,在高空泡份额区域与实验值符合较好;在低空泡份额区域,计算值略高于实验值。两相CFD方法模拟得到了棒束通道内空泡份额的详细分布,观察到格架上游空泡份额集中在加热棒的周围,但在格架下游,子通道中心的空泡份额增加,加热棒周围的空泡份额减小,间接地证明了格架对临界热流密度(CHF)的提升作用。     

含弯曲棒的全长燃料棒束沸腾传热CFD计算分析

采用计算流体动力学（CFD）分析方法模拟了含一根弯曲燃料棒（简称“弯曲棒”）的5×5全长燃料棒束内的沸腾传热现象。基于欧拉两流体模型和改进的壁面沸腾模型进行计算,并基于压水堆子通道和棒束实验( PSBT )基准题中的试验数据对计算方法进行了验证,计算所得截面平均空泡份额与试验数据吻合良好,说明了现有计算方法的可靠性。基于计算结果考察了弯曲棒对棒束通道内流场、温度场、空泡份额等关键参数的影响。研究结果表明,弯曲棒的存在对截面横向流动、流体温度、空泡份额等均未产生显著影响,但弯曲棒表面温度增加,气泡也易发生聚集,增加了发生临界热流密度（CHF）的风险。      

垂直上升横掠水平管束的两相流空泡份额模型研究

与管内两相流空泡份额模型相比,垂直上升横掠水平管束的两相流空泡份额研究成果相对有限。利用垂直上升的气-水两相流横掠水平管束的实验数据,对现有的空泡份额计算模型进行对比分析,并对2种现有模型的拟合公式进行修正。采用其他实验结果对本文重新修正的空泡份额模型进行验证,结果表明:与原始模型相比,修正的空泡份额计算模型给出的空泡份额预测值更好。     

基于矩形窄缝通道实验数据的DNB机理模型评价

偏离泡核沸腾（DNB）对于压水堆安全具有重要意义。已有机理模型能否适用于矩形窄缝通道缺乏足够的实验验证。本文基于矩形窄缝通道实验数据,对微液层蒸干模型和汽泡壅塞模型两类DNB机理模型进行了计算评价。结果显示：汽泡壅塞模型适用范围较微液层蒸干模型宽;部分热工参数对模型计算性能有系统性影响。随空泡份额的增大,各模型的计算性能均变差,可能是通道几何差异所致。     

COBRA-Ⅳ对8×8棒束计算的不确定性分析

综合现有不确定性分析方法的原理及特点，采用Wilks公式确定需要计算的最小次数，研究针对子通道程序不确定性的分析方法，并编写程序。运用该程序对8×8棒束的出口空泡份额实验的子通道计算进行了不确定性分析与研究，得到了每个子通道出口空泡份额的计算预测值，以及满足容忍限的不确定性上、下限。计算结果表明：边角子通道的计算不确定性较小，约为±5.5%；而水棒周围不规则形状的子通道的不确定性较大，约为±9%。堆芯热工水力问题中最关注的高空泡子通道的出口空泡份额，其不确定性为-5.5%～6%。     

摇摆状态下矩形通道内弹状流压力模型

本文通过可视化方法对竖直与倾斜条件下矩形通道内弹状流单元的参数进行研究,尝试给出摇摆状态下矩形通道内弹状流压力模型。通过图像处理给出气弹段空泡份额以及两相速度的计算关系式,并验证漂移流模型在液弹段的适用性,给出弹状流单元的长度份额以及空泡份额的计算关系式。根据实验结果给出摇摆条件下矩形通道内弹状流压力组分的模型,并重点分析摩擦压降模型的适用程度。结果表明,弹状流压力模型可很好地预测摇摆条件下矩形通道内的压力。     

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。     

基于激光诱导荧光法的空泡份额测量

激光诱导荧光技术作为可视化实验领域中的新技术,在核反应堆热工水力研究中得到了越来越广泛的运用。将激光诱导荧光技术应用于气液两相流空泡份额的测量中,介绍了激光诱导荧光法测量空泡份额的原理,描述了激光诱导荧光法测量空泡份额的具体实施方法,说明了图像数据的处理方法,并将该测量空泡份额方法用于气液两相流实验测量研究,在不同工况下进行了竖直通道内两相流空泡份额测量实验。实验结果表明,利用激光诱导荧光技术测得的空泡份额与理论预测结果符合较好。运用该方法能对流场内的空泡份额分布进行连续测量,且不会对流场造成干扰。     

窄矩形通道内搅混流和环状流相界面参数的计算方法

空泡份额和界面浓度是两相流动中重要的相界面参数,准确获取窄矩形通道内搅混流和环状流工况下空泡份额和界面浓度是构建和完善两流体模型的关键。本文针对横截面为65 mm×2 mm的矩形通道开展了气液两相流动特性可视化实验研究,气相折算速度j_g＝1～9 m/s,液相折算速度j_f＝0.1～1.5 m/s,流型包含搅混流和环状流。提出了基于高速摄像法获取搅混流和环状流下空泡份额和界面浓度的分析计算方法,利用该方法所得空泡份额与窄矩形通道内经验关系式计算值的相对偏差约在10%以内。此计算方法可为研究复杂流型下窄矩形通道内的相界面参数提供理论依据。     

强迫对流沸腾模型中的分布参数C0的新计算公式

强制对流沸腾在能源和加工工业中占有重要地位，在核电站中尤其重要。对于不同类型的压水堆，在启动过程、正常或者事故工况下冷却剂在管道内可能发生沸腾。粗略估计，此时的空泡份额甚至能达到0．9。本研究的目的是研究在上述热工水力条件下的两相流动模型。根据法国原子能委员会（CEA）在格勒诺布尔的氟里昂12（R12）回路上得到的实验数据发现，在大空泡份额情况下，流动特性近似于起泡的乳状液。此时，无论空泡份额多大，液相都保持连续的状态。在此结论基础上，我们为漂移流模型中的分布参数C0建立了一个新的求解模型，用低过冷、低空泡份额情况下R12回路的数据对该模型进行了校验，结果表明与高空泡份额下R12以及高压矩形通道内流体的沸腾实验数据非常吻合。     

基于两步形态学图像法的窄缝通道空泡份额测量方法研究

空泡份额是两相流动研究的基础参数之一。对于窄缝通道内的流动沸腾工况，空泡份额难以使用探针等直接测量。本文在高速摄影法基础上，提出基于两步形态学的窄缝通道出口空泡份额测量方法。该方法可解决流道上的汽泡边界识别问题，获得空泡份额的瞬时值。本文方法流型适应性好，通过与能量守恒法计算得到的时均试验结果对比，相对偏差均在17%以内，验证了本方法的准确性和可靠性。     

过冷沸腾工况下不同刚凸结构对定位格架热工水力性能影响的数值模拟分析

刚凸作为格架的重要组成部件之一,对于燃料棒的支撑和格架内部的流动均至关重要。采用CFX软件,对3种不同刚凸结构的5×5格架在过冷沸腾工况下两相流动与换热情况展开分析研究。在简单几何通道中对比计算得到的平均空泡份额与实验数据的结果,对采用的两相CFD模型进行验证。将验证过后的模型运用到之后的棒束两相分析中,在合理的CFD两相模型与充分发展的计算域选取的基础上,从压降、速度和空泡份额分布3个角度,定性评价刚凸结构对格架热工水力性能的影响。     

矩形通道中两相流变密度模型空泡份额计算

基于Bankoff的圆管内和无限长平板间两相流变密度模型空泡份额计算式的推导，结合流体在管道中的流场分布特征，建立了矩形通道中两相流流场分布规律方程，导出了变密度模型在矩形通道中空泡份额的计算式，并对3种通道计算的结果进行了对比分析。计算结果与原有Bankoff模型符合得很好。     

基于丝网传感器的5×5棒束通道空泡分布测量研究

为研究压水反应堆燃料组件棒束通道内的两相分布规律,设计并制造了适用于棒束通道的丝网传感器模块,开展了5×5棒束通道内空气-水泡状流的空泡分布测量实验,分析了棒束通道内空泡份额的分布规律及气泡尺寸对空泡分布的影响。实验结果表明,发生横升力方向反转的小气泡在壁面附近聚集、大尺寸气泡则聚集在子通道中心;常温常压下发生横升力方向反转的临界气泡直径在4~6 mm之间,证明了横升力模型在棒束通道中的适用性。      

矩形通道内泡状流-弹状流转变判定准则研究

以空气和去离子水为工质,对竖直矩形通道内两相流流型特性进行实验研究;矩形通道的横截面为1.41mm×40 mm和10 mm×40 mm,实验压力为常压,气、液相表观速度分别为0.015⁰.59 m/s和0.0250.59 m/s和0.025³.74 m/s。利用获得的实验数据及文献数据,对4种典型泡状流-弹状流转变判定准则进行评价,结果表明4种准则都存在一定局限性。从实验数据及文献数据可以看出,泡状流-弹状流转变临界空泡份额为通道窄边与宽边比(宽高比s/w)的函数。为此,以当量直径10 mm为界,分别提出临界空泡份额计算关系式,从而得到修正转变判定准则。与本文及文献中实验数据的比较,修正准则较4种典型准则精度和适用性有一定提高。     

流动欠热沸腾通道内净蒸汽产生起始点的确定

给出了在低压条件下 ,竖直的环形通道内 ,流动欠热沸腾过程中净蒸汽产生起始点的实验结果。讨论了净蒸汽产生起始点的特征及用γ射线衰减法测量净蒸汽产生起始点时应注意的问题。实验数据与有关模型进行了比较 ,实验数据与计算模型符合较好     

关于一维两流体模型中界面阻力计算的研究

一维两流体模型中,界面阻力是决定相间耦合程度的关键参数,其计算方法目前有漂移流模型法和阻力系数法。本研究利用子通道程序,基于圆管空气-水两相实验数据,对这2种计算方法进行了评估,结果表明一维两流体模型中漂移流模型法的预测能力要优于阻力系数法。同时评估了两相流动中分布效应对界面阻力计算的影响,结果表明在低空泡份额区分布效应影响较小,而高空泡份额区其影响明显。