核反应堆试验台架比例分析方法的发展和应用

比例分析方法为建立合理的反应堆安全系统缩比试验台架提供了理论基础。本文结合比例分析方法的发展，探讨了不同比例方法的特点，并总结了部分已有台架的比例设计概念及评价，为反应堆系统试验台架比例方法的选取提供了参考。结果表明，线性比例方法中的加速度比例项使其应用受到限制；功率-体积法是一种简单有效的比例方法，但瘦高台架的特点也使此方法存在不可避免的弱点；H2TS（HierarchicalTwo-TieredScaling）方法以PIRT（PhenomenaIdentificationRankingTable）表为基础，对系统中重要整体过程和局部过程均进行了比例分析，其发展的相似准则中含有流体物性比例项，为台架比例概念的发展提供了条件。我国将以H2TS方法为指导建立非能动堆芯冷却系统试验台架ACME。     

Churchill-Chu关系式在极薄金属层内传热的适用性研究

在假设的堆芯融毁事故中,反应堆压力容器的下封头内可能会形成分层的熔池结构。底部重金属层的形成会导致熔池顶部的金属层高度逐渐降低,使得顶部金属层的侧壁热聚焦效应逐渐增强,压力容器有可能会失效。本文通过开展HELM?LR试验,针对薄金属层在低高度条件下的传热进行了研究。结果表明,Churchill?Chu径向传热关系式在低高度的条件下依然适用。Churchill?Chu关系式在低高径比且以水为工质的条件下,计算结果偏不保守。将Churchill?Chu关系式运用到反应堆的熔池结构案例中发现,随着氧化物层衰变功率的增大和薄金属层高度的降低,氧化物层的等温边界假设将不再适用;虽然薄金属层侧壁的热聚焦效应仍会随其高度的降低而逐渐增强,但增加速度变缓慢。     

台架缩比对冷凝液膜换热的失真评价

缩小比例的单项和整体性试验台架对研究和开发大型先进压水堆核电站及其分析验证程序都具有重要意义,而由缩比引入的相关现象的失真又直接影响了对台架的设计和试验结果的理解。本文以等效换热系数的形式对非能动安全壳冷却系统（PCS）壳内液膜冷凝在试验台架上的缩比失真进行分析,结合H2TS比例分析方法,系统评价了这种失真对模拟台架中壳内压力响应的作用。结果表明,台架缩比对壳内冷凝液膜换热的影响是保守的。     

真实表面材料及其老化效应对反应堆压力容器ERVC-CHF影响的试验研究

通过反应堆压力容器外部冷却（ERVC）实现熔融物堆内滞留（IVR）技术是核电厂严重事故缓解的重要措施之一。在本文的研究中,建立了二维切片式、全尺寸的试验台架FIRM,开展严重事故条件下反应堆压力容器ERVC-临界热流密度（CHF）试验研究。试验采用去离子水作为试验工质,获得了反应堆压力容器下封头ERVC过程的CHF限值。研究了真实表面材料对CHF的影响及其影响机理,讨论了在去离子水下表面材料SA508 Gr3. Cl.1钢的老化效应。本试验研究对于认识反应堆压力容器IVR-ERVC条件下的CHF行为、提高反应堆压力容器安全性有重要意义。     

熔融池氧化物层自然对流的数值模拟

本文以BALI试验段为对象建模,对其中有内热源的湍流自然对流流体进行了二维数值模拟。模拟工况的瑞利数Ra高达10¹²～10¹⁵。流体的湍流运动用大涡模拟模型来捕捉。通过对下边界局部热流密度的面积加权积分,计算了三维下边界换热量。结果表明,Ra对流场、温度场与下边界局部热流密度分布均有显著影响。计算所得上下边界的Ra-Nu关系与试验结果符合较好。对不同物理机理导致的下边界热流密度分布规律进行了分析。     

比例试验台架中的储热分析

在模拟原型电站事故瞬态的整体性能试验台架中,金属结构的储热问题直接影响台架的模拟范围和试验结果。基于传热基本理论建立了3种储热分析方法,进而对缩比试验台架中的储热问题进行深入分析,并应用集总参数法和积分功率法对我国正在建造的ACME台架压力容器储热释放的瞬态过程和积分平均总能量进行分析和评价。结果表明：3种储热分析方法的相似要求是逐渐减少的;缩比试验台架设计中,在满足整体自然循环现象相似的前提下,储热释放过程不能保证严格的相似;ACME台架压力容器壁面的储热,在快速降压瞬态过程中的早期阶段很快被释放出来,不会对系统的长期行为产生较大影响,且储热积分平均总能量的比例失真在可接受范围内。     

大型先进压水堆ADS-4夹带试验研究

针对大型先进压水堆的ADS-4夹带现象，按照实际比例1∶1搭建了全尺寸ADS-4试验台架(FATE)，在不同工况下进行了多组夹带试验。将试验数据与不同模型的结果进行对比，并将试验数据进行拟合，得到夹带起始的模型关系式。试验结果显示：拟真实工况与纯水工况的现象较相似，支管弗劳德数随夹带起始气腔高度的增加而增加；在不同工况的组合中均出现了回滞现象；由于黏性和表面张力的作用，拟真实工况的夹带起始相比纯水工况更难发生。无论是纯水工况、硼酸工况还是杂质工况，除少部分试验数据外，大部分稳态夹带率的试验数据与Welter模型存在较大差异，相对误差均大于20%。     

用当量初始裂纹尺寸法评估石墨的疲劳性能

用当量初始裂纹尺寸法评估某些金属材料的疲劳性能效果良好。本文用这一方法对高温气冷堆用石墨材料进行了评估。结果表明，这种方法应用于存在大量微小缺陷的脆性材料时，需要作适当的修正。     

低温堆吊篮组件的可靠性设计

本文利用工程结构可靠性分析的干涉理论，在假设材料的强度和应力均服从正态分布的前提下，对低温核供热堆吊篮组件的可靠性进行了分析评价．对于吊篮组件这一复杂的结构，不可能找出结构应力的显式表达式，我们提出采用有限元法求应力增量，在不太大增加计算量的前提下，使这一问题得到较好地解决。     

大功率压水堆PCS水分配试验系统设计与实现

针对大功率非能动安全壳基准事故下的水流特征,采用和原型安全壳相同尺寸比例及切片形式,设计了椭球扇面试验台架装置和相应的测量系统以研究安全壳穹顶水膜覆盖率和延迟时间等关键参数与冷却水流量之间的关系。同时开发了大空间曲率表面的视频测量系统,通过电容探针及其三维可调节支架系统实现了本体各处的水膜厚度非接触式测量,并对关键测量系统进行了标定。初步分析结果表明,试验本体及回路设计合理可行,获得了水膜覆盖率和相对延迟时间随雷诺数的变化关系。