基于确定性抽样的过冷沸腾边界条件不确定性分析

本文使用Fluent软件构建数学物理模型，对DEBORA过冷沸腾基准实验进行了数值模拟，并采用确定性抽样方法对模拟沸腾流动的边界条件不确定性进行分析，计算得到了主要径向参数分布的期望值和置信区间，分析了边界条件不确定性的影响趋势。此外，还计算得到了不确定性源对部分径向参数的影响权重。结果表明，流体入口温度和壁面热流密度的不确定性对径向空泡份额的影响较大，而运行压力和流体入口温度的不确定性是影响径向液体温度计算的主要因素。     

螺旋十字燃料棒束热力耦合特性研究

螺旋十字燃料（Helical-Cruciform Fuel,HCF）是一种革新形式的燃料组件,具有比传热面大、导热距离短、旋流交混强、无须格架支撑的特点,可提高堆芯功率密度。然而,HCF组件自支撑位置可能发生应力集中,导致包壳产生塑性变形甚至破裂。本文研究不同工况下HCF棒束热力耦合响应,以包含中心目标棒及周围的3×3棒束单元为计算域进行热力耦合分析,获得HCF组件的应力应变响应,评价包壳完整性。结果表明：HCF包壳外表面von Mises应力和塑性变形最大值总是出现在相邻燃料的接触位置;翼片顶部包壳应力受接触约束和包壳内外表面温差影响,肋部凹槽区域的应力与包壳径向温度梯度有关;相对于单相工况,饱和沸腾工况下HCF包壳塑性变形大但von Mises应力小;反应性引入事故和破口失水事故下,包壳的von Mises应力和塑性应变分别低于350 MPa和0.04,且包壳温度低于锆水反应温度。     

螺旋金属燃料多物理耦合分析方法与概念设计研究

螺旋金属燃料具有导热系数高、导热路径短、强制旋流交混的特点,可实现更高的堆芯功率密度,进而减小堆芯体积,提高反应堆的安全性和经济性。本文介绍了上海交通大学反应堆热工水力实验室建立的螺旋金属燃料热工水力、中子物理、力学特性分析方法及多物理耦合分析框架。在热工水力方面,基于自研仪器实现了交混及沸腾临界行为精细化测量,建立了三维及精细化子通道分析方法;在中子物理方面,建立了适用于特殊能谱、复杂几何的截面及稳瞬态中子物理特性的分析方法;在力学方面,基于分子动力学方法建立了U-Zr合金燃料基础热物性模型,并开展了辐照条件下螺旋棒宏观力学特性研究。基于热工-物理-力学多物理分析和优化,提出了螺旋金属燃料组件及堆芯设计,具有无硼化、堆芯功率密度高、体积小、换料周期长的特点。     

钠冷行波堆TP-1瞬态安全分析

钠冷行波堆作为一种具有潜力的新堆型,正处于概念研究阶段。本工作根据TerraPower公司最新设计的钠冷行波堆TP-1的具体结构和运行工况方案,建立其一回路主要部件的物理数学模型,用Fortran语言初步开发了钠冷行波堆瞬态安全分析程序TAST,并对钠冷行波堆稳态进行计算,表明系统程序运行稳定可靠。采用TAST对失流事故和反应性引入事故进行计算,得到关键参数的瞬态变化,初步验证了钠冷行波堆在这两个事故工况下的安全性。     

遗传神经网络对水平通道流动沸腾传热系数的预测

分别采用3层反向传播神经网络(BPN)和遗传神经网络(GNN)预测从常规通道到微通道尺度范围内的管内流动沸腾传热系数,GNN的精度优于BPN的精度(均方根误差分别为17.16%和20.50%)。输入参数为含气率、质量流密度、热流密度、管径和物性,输出参数为传热系数。基于GNN预测结果,进行了参数趋势分析。对常规通道,传热系数随压力的增大而增大;对微通道,低压时传热系数受压力影响很小,高压、低含气率时,传热系数随压力的增大而增大,高压、高含气率时,传热系数随压力的增大而减小。传热系数随质量流密度、热流密度的增大而增大。随含气率的增大,传热系数先增大后减小;微通道发生烧干时的含气率较低。传热系数随管径的减小而增大;管径越小,越易发生烧干。     

双孔对直接接触冷凝特性影响的实验研究

本文对双孔直接接触冷凝进行了实验研究。实验的蒸汽质量流速范围为50～500 kg/(m²·s),水箱温度范围为35～85 ℃。实验获得了压力脉动和高速摄像机的同步数据,重点研究分析了双孔对冷凝流型和压力脉动特性的影响。结果表明：单孔和双孔冷凝相图不同,孔数的变化导致冷凝相图流型界线的改变,且双孔造成冷凝的压力脉动强度和频率随热工参数变化的转折点提前发生。     

湍流模型对过冷沸腾计算影响分析

采用ANSYS FLUENT14.5分析湍流模型对过冷沸腾的影响,建立多套网格,每套网格采用不同的湍流模型、壁面函数及两相湍流处理方法,将计算结果与基准实验数据进行对比,分析网格、湍流模型、壁面函数及两相湍流处理方法对计算精度的影响。通过分析发现:k-ε模型的计算精度高于k-ω模型的;Dispersed方法和Per Phase方法的计算精度相对于Mixture的无明显提升;增强壁面函数对Y+≈1的网格无法获得满意的计算结果。     

压水堆蒸汽发生器一、二次侧稳态流场耦合分析

蒸汽发生器（SG）在运行过程中主要面临流致振动所导致的传热管破裂事故,而流致振动分析需以SG内的三维两相流场作为输入条件。采用多孔介质模型,对SG二次侧流场进行求解,同时耦合一、二次侧换热,获得SG二次侧速度场、温度场、压力场及流动含气率分布,并获得传热管一维的一、二次侧流体温度和换热系数及传热管温度分布。由于一次侧向二次侧释热极不均匀,SG内流场分布及汽水分离器内的含气率分布极不均匀;汽水分离器内的最大、最小含气率分别为0.62和0.05,该参数可为汽水分离器负载设计提供依据。通过计算还获得弯管区速度分布,该分布可为传热管的流致振动磨损评估提供输入条件。     

蒸汽发生器传热管一、二次侧耦合换热及管外过冷沸腾数值研究

采用两流体欧拉数学模型,结合气相和液相之间的界面传热、传质和动量交换封闭模型以及RPI壁面沸腾模型,利用ANSYS CFX 12.0对蒸汽发生器局部传热管束二次侧的过冷沸腾进行数值研究。数值研究结果与单管内过冷沸腾实验数据对比验证符合良好。结果表明,采用壁面沸腾模型能准确预测沸腾起始点的位置,同时梅花孔板的存在对二次侧流动换热特性影响显著。     

蒸汽发生器传热管束过冷沸腾区两相流动数值模拟

基于两流体欧拉数学模型结合RPI壁面沸腾模型,利用大型商用CFD软件ANSYS CFX 12.0对蒸汽发生器传热管束过冷沸腾区一次侧、壁面和二次侧耦合传热过程进行了数值模拟。研究了三叶梅花孔支撑板和不同入口过冷度条件下蒸汽发生器传热管束内的流动沸腾现象,得到一、二次侧流场与温度场,二次侧空泡份额分布,支撑板梅花孔局部的流动状况及不同入口过冷度对蒸汽发生器热工水力特性的影响。数值模拟结果表明,三叶梅花孔支撑板的存在及不同入口过冷度对蒸汽发生器传热管束过冷沸腾区域的热工水力特性影响显著。