压水堆上腔室冷却剂温度振荡现象研究

为了解压水堆上腔室冷却剂的温度振荡现象,利用专业计算软件CFX,采用大涡模拟（LES）方法,对简化上腔室内的瞬态流场进行数值模拟,并与实际数据进行对比分析。结果表明,LES模型可较好地模拟上腔室的温度振荡现象;上腔室出口区域的温度波动多集中于低频部分,未呈现出明显的周期性;出口位置对流场温度分布有明显影响,自入口至上腔室出口中心线所在平面,外围及中心部分温度波动幅度较大,其余区域温度变化幅度较小;而自上腔室出口中心线所在平面至顶部区域,温度波动逐渐趋缓。     

压水堆上腔室模拟体三维流场分析

本文以秦山核电厂压水堆为例，对其上腔室模拟体内的紊流强迫流动进行了三维稳态研究。采用Ｌａｕｎｄｅｒ和Ｓｐａｌｄｉｎｇ提出的Ｋ－ε两方程模型，并结合壁面函数法，对模拟体内的紊流强迫流动进行了数值模拟，得到了三维流速分布以及最大横向流速所在区域。在上腔室模拟体上，以水为介质进行了流场的可视化实验研究，采用激光测速仪测得了纵向流速分布，并用流线显示了流场，数值计算与流场试验结果符合较好。     

压水堆上腔室流场的实验研究

ＰＷＲ作为核电发展的主要堆型，在全世界范围内得到了广泛的应用，也是我国的主要发展堆型。但是对关系到反应堆安全运行的、直接作用在控制棒导向筒上的上腔室流场的分析研究，长期以来由于紊流流动机制的复杂性和上腔室中控制棒导向筒组件布置的密集性，这方面的研究一直没有深入下去。在压水堆运行期间，作用在上腔室构件上的作用力与冷却剂的流动特性有很大的关系，通过模拟实验弄清上腔室的流速分布，对了解作用在控制棒上的水力载荷，以及控制棒能否按指令在导向筒内自由升降和快速下插具有十分重要的意义。本文在３００ＭＷｅ核电站ＰＷＲ上腔室１：４可视化模拟体中，以水为介质进行了上腔室流场的可视化实验研究。采用激光多普勒测速仪（ＬＤＶ）和Ｎ－Ｊ型应变片式测速仪测得了上腔室模拟体中的流速，并用归一化的数据处理方法，显示了整个流场的流速分布规律，找出了整个流速的最大区和最大值。从而为控制棒导向筒的结构力学分析和ＰＷＲ上腔室的数值模拟分析提供实验依据。     

压水堆上腔室芯部结构改进的流场研究

为了缓解对控制棒导向筒的横向水力载荷，确保控制棒能按指令在导向筒中自由升降和快速下插，结合服役中控制棒导向筒的结构，对上腔室芯部作了如下２种情况的改进：１对原ＰＷＲ靠近上腔室出口管嘴附近的控制棒导向筒组件（对称的４组：０２２６，０３２５，１１２９，１２２８）加设了保护套。２改用３３组控制棒导向筒组件的芯部，且对全部３３组控制棒导向筒组件分别加设保护套。在相同实验条件下，对以上２种改进情况的实验结果与原上腔室的实验结果作了比较分析，得到了这２种改进结构均能缓解流场对控制棒导向筒的水力载荷作用的结论。     

三环路压水堆压力容器上腔室交混矩阵数值研究

使用STAR-CCM+软件对三环路压水堆压力容器上腔室流场进行了大规模、精细化三维数值模拟,并采用组分跟踪方法分别对157个燃料组件出口冷却剂流动进行计算,构造了一个具有3×157个元素的“上腔室交混矩阵”,用该矩阵即可定量、精确地描述冷却剂从堆芯流出后,经上腔室内交混并再分配到各热管道的复杂流动过程。研究发现堆芯流出的冷却剂在压力容器上腔室内的交混是并不充分的,径向上不同位置燃料组件流出的冷却剂会在上腔室同热管道的接口区域存在明显的对应关系,而燃料组件径向功率分布的差异必然导致热管道中冷却剂热分层现象的产生。      

压水堆下腔室流量分布数值分析

建立了压水堆下腔室流场的三维数值计算模型,计算了不同环腔厚度和环腔内冷却剂速度条件下,下腔室内冷却剂的流场,分析了环腔厚度和环腔内冷却剂速度对下腔室流向堆芯的流量分布的影响。入口速度不同或环腔厚度不同,在下腔内冷却剂流动形成漩涡的位置、大小和流动速度均会发生改变,导致通过流量孔板通孔的流量分布不同。入口速度较低时,流量孔板上所有通孔的流量分布比较均匀,在平均值附近波动,流量最高的通孔小组出现在边缘处;入口速度较高时,流量明显地呈现出中心高边缘低的特点。通孔小组的流量最大值随着环腔厚度增加由孔板的中心向边缘移动。     

压水堆下腔室流场对堆芯流场和温度场影响数值分析

利用三维数值模拟,对不同环腔厚度和环腔内冷却剂速度条件下,下腔室内冷却剂流场进行了计算。在此基础上,对压水堆流量孔板冷却剂流量的分配情况进行了分析,并找出了通过流量孔板通孔小组的冷却剂流量与平均流量的最小偏差。分别计算了最小偏差条件下与平均流量条件下,堆芯内板状燃料元件周围冷却剂的流场和温度场。发现由环腔厚度或环腔内冷却剂速度不同而引起的下腔室流场分布不均匀,对堆芯内冷却剂流场和温度场影响较大。     

反应堆下腔室结构优化设计

对目前现有的反应堆下腔室结构的不足进行优化分析,针对性地提出解决措施。分析中重点从下腔室结构的稳定性、可靠性和流场的不均匀性入手,采用简化结构和计算流体力学(CFD)计算下腔室流场,使反应堆下腔室具有结构简单、稳定可靠、流场均匀等特点。     

压水堆堆内进口环腔及下腔室中冷却剂三维流动的数值模拟

压水堆堆内进口环腔及下腔室内流动现象异常复杂，深入了解该现象对于进行可靠的反应堆堆内构件的设计及安全性分析具有重要的指导作用。目前国内外对下腔内流动机理的研究较多，但对于环腔内流动特性的研究则几乎没有。本文采用求解全三维Ｎ－Ｓ方程的有限体积法和两方程ＲＮＧＫ－ε湍流模式对压水堆环腔及下腔内三维冷却剂流动进行了数值模拟，结果发现，从环腔进口到堆芯内壳之间间隙减小，但压力剧升；在环腔水平面内存在着沿整个圆周的系列涡流；在环腔轴向，则存在系列涡柱，这些涡柱到达下腔室后慢慢混合均匀。这些现象的发现对于压水堆的结构设计具有指导作用。     

AP1000上腔室夹带试验研究

为还原AP1000中上腔室夹带过程,以AP1000为原型按1∶5.6的模化比例建立了试验回路,研究不同蒸汽流量和压力容器液位下上腔室夹带的夹带率。结果表明：蒸汽流量对夹带率的影响很小,夹带率随压力容器液位的升高而增大;在较低液位,夹带率保持稳定,加入堆内构件后,上腔室夹带明显增强。