ITER中国液态锂铅实验包层模块液态金属流动MHD效应数值模拟

为研究国际热核聚变实验堆(ITER)的中国双功能锂铅实验包层模块(DFLL-TBM)中液态金属磁流体动力学(MHD)效应,对在强磁场环境下磁流体动力学效应对液态金属LiPb流动和传热的影响进行数值模拟和分析.主要包括三部分:(1) 建立模拟液态金属磁流体的磁感应方程数学模型和程序简介;(2) 对液态LiPb MHD流体在全模块内流动的数值模拟,给出了速度场和压力场分布,重点考察和分析局部的流动特点和对传热的影响;(3) LiPb在进口供给联箱内的流场的数值模拟,对供给联箱的分流作用给出了初步的估算和评价.     

托卡马克工程试验增殖堆Li冷包层的磁流体动力学压降分析

本文对液态金属 Li 流过托卡马克工程试验增殖堆自冷包层的磁流体动力学(MHD)压降进行了分析,讨论了内侧包层有无裂变、燃料元件的形式、包层能量倍增因子 M 及第一壁冷却孔道宽度对包层总压降的影响,从 MHD 流动分析的观点,为中子学、结构和热工水力设计提出了设计要求。     

聚变发电反应堆双冷锂铅包层液态金属流动MHD效应计算与分析

对液态金属LiPb流体在规则直管和异形管内流动的磁流体动力学(MHD)效应问题进行了理论分析和数值模拟,并给出这两种情况下的压降和功耗比。在此基础上,对FDS-Ⅱ的双冷液态锂铅(DLL)包层模块的MHD压降和功耗进行计算分析,并给出关键流道(直管和典型异形管)和全模块的数值模拟结果,为包层的结构和热工水力设计提供参考。     

中国液态锂铅实验回路DRAGON-Ⅳ磁流体动力学直管实验段数值分析

基于液态锂铅实验回路DRAGON-Ⅳ即将开展的磁流体动力学(MHD)实验是分析聚变堆包层中液态金属在强磁场环境下流动特性的重要途径,实验段物理量的准确模拟能够为实验段的设计优化以及速度、压力等的测量方式提供参考和依据,保证实验的顺利完成。本文采用一种电流守恒格式及相容的Projection方法模拟高哈特曼数(Ha)下的MHD流动,在对算法进行校验的基础上,对上述实验段在梯度磁场以及均匀磁场下的磁流体动力学效应进行了数值分析,探讨了感应电流产生的洛伦兹力对速度场、压力场的影响。     

高温包层内多层插件流道内液态铅锂MHD流动数值分析

包层是聚变反应堆能量转换和提取的关键部件,聚变高温制氢堆(FDS-Ⅲ)高温液态铅锂包层(HTL)中采用创新型多层插件(MFCI)技术,由SiC_f/SiC组成的流道插件使液态铅锂实现了1 000℃左右出口温度,从而达到更高的热电转换效率和制氢能力。液态金属磁流体动力学效应MHD效应是HTL包层的重点问题之一。本文以高温包层结构为参考,采用FDS团队自主开发的磁流体动力学与热工水力学耦合模拟软件MTC,对高哈特曼数下典型多层插件流道内的液态铅锂MHD流动特性进行了数值模拟,分析了不同插件电导率对流道之间电磁耦合现象的影响。     

聚变增殖堆液态金属Li自冷包层的热工水力分析

完成了托卡马克商用混合堆 TCB(Tokamak Commercial Breeder)Li 自冷包层设计的热工水力分析,讨论了热工水力设计中的一些关键问题。用两维有限元热传导程序 AYER 计算了 TCB 包层的温度分布,用液态金属 MHD(Magnetohydraudynamic)压降公式计算了包层的压降。同时,还分析了包层冷却剂丧失事故 LOCA 的瞬态热工过程。分析表明,正常工况下,包层结构材料最高温度,结构材料与冷却剂界面最高温度,以及包层总压降都满足堆设计要求。在 LOCA 工况下,如果停堆后1小时内包层中的燃料球能够借助重力卸出包层,第一壁和包层是安全的,并且不会受到损伤。     

基于OpenFOAM的液态金属铅铋三维流动换热特性数值模拟研究

铅铋快堆是第4代核能系统的主要堆型之一,但由于液态金属铅铋的热物性与传统工质如水、空气等有很大不同,假设流动边界层与热边界层相似的雷诺比拟原理已不再适用。本文在开源程序OpenFOAM中开发了基于k-ε-k_θ-ε_θ四因子模型的自定义求解器,考虑热边界层与流动边界层的差异性,对带绕丝棒束通道中液态金属铅铋的流动换热现象进行数值模拟,得到了速度、温度等重要热工水力参数的三维分布,揭示了绕丝对冷却剂流动传热过程的影响规律,并将计算结果与经典实验关联式进行对比,结果符合良好,证明了所用模型和程序的正确性。本研究可为在OpenFOAM中添加新模型、开发自定义求解器以及开展针对液态金属流动换热问题的计算流体动力学（CFD）模拟提供参考。     

具有双冷液态锂铅包层的聚变动力电站经济性初步分析

利用聚变系统分析软件SYSCODE对具有双冷液态锂铅包层的聚变动力电站(FDS-Ⅱ电站)经济性进行了计算和分析。采用包层材料预期价格,对成本进行了计算,同时分析了成本与工程参数及包层材料价格不确定性因子的关系,为进一步改进FDS-Ⅱ设计提供参考。     

液态铅铋氧浓度测量技术初步研究

液态铅铋合金是加速器驱动次临界系统(ADS)中散裂靶兼冷却剂的主要候选材料。氧浓度是影响液态铅铋合金(LBE)对结构材料腐蚀的关键因素,而氧传感器是实现液态铅铋合金中氧浓度精确测量的重要部件,本研究设计研制了一种液态铅铋系统氧传感器并基于自主研制的高温液态铅铋合金氧测控预研平台,初步开展了氧饱和LBE中的氧浓度测量实验。实验结果显示,300～400℃的氧饱和LBE中,氧传感器的电压信号(E)随温度(T)变化的实验曲线与理论曲线变化趋势相吻合;相对于300℃T350℃温度范围,氧传感器在350℃T400℃范围内的测量性能更好,仪器本身的系统误差约为17mV。     

液态铅铋合金流动速度场测量技术研究

液态铅铋合金是先进反应堆-加速器驱动的次临界系统(ADS)优选的靶材和冷却剂材料,液态铅铋流动速度场的测量是优化堆芯组件分布以及靶窗结构的一种重要手段。同时,冷却剂流动速度也是反映反应堆热工水力特征的重要参数之一。本文采用实验研究的方法,设计旋转搅动装置,通过对常温水与液态铅铋的流动速度场测量,验证了超声多普勒测速技术用于液态铅铋合金速度场测量的可行性。     

并联管内压力降型水动力不稳定的试验研究

在高压汽水回路上对3根并联蒸发管内两相流压力降型水动力不稳定进行了试验研究．分析了系统压力、质量流速、入口过冷度、出口节流和上游可压缩容积对压力降型不稳定的影响。得出了压力降型不稳定的脉动起始点,给出了3根并联管中计算不稳定起始条件的无因次经验公式,为大型电站锅炉和蒸汽发生器的设计提供依据。     

Preliminary Analysis of Liquid Metal MHD Pressure Drop in the Blanket for the FDS

Preliminary analysis and calculation of liquid metal Li17Pb83 magnetogydrodynamic (MHD) pressure drop in the blanket for the FDS have been presented to evaluate the significance of MHD effects on the thermal-hydraulic design of the blanket.To decrease the liquid metal MHD pressure drop,Al2O3 is applied as an electronically insulated coating onto the inner surface of the ducts.The requirement for the insulated coating to reduce the additional leakage pressure drop caused by coating imperfections has been analyzed.Finally,the total liquid metal MHD pressure drop and magnetic pump power in the FDS blanket have been given.     

流道倾斜对环形通道内汽-水两相流压降的影响

以去离子水为工质,在P=1-3 MPa、(G=190～1050 kg/m/(m2·s)、ΔTsub,in=20～70℃、q=304～1873 KW/m2的参数范围内,研究了垂直上升、倾斜向上30°、倾斜向上600°3个不同方向下环形通道内汽-水两相流压降.环形通道当量直径为7mm,加热方式为内管单面加热.通过分析流道倾斜角度和空泡份额对两相流压降的影响,提出了倾斜上升流中两相流压降受流道倾斜影响程度的判据式.在判据式的基础上,进一步提出了倾斜上升流道内两相流压降计算修正关系式.结果表明,用修正后的压降关系式验证本实验倾斜两相流压降,预测结果令人满意.     

液态金属锂回路的总体设计及安装调试

液态金属锂回路是用来研究聚变堆中ＭＨＤ压降及材料相容性等工程问题的大型装置。本文主要介绍了建在核工业酉南物理研究院的锂回路装置设计参数，回路结构及组成部分和回路的主要技术指标。此回路由液态金属流动区域的主回路及氩气系统、真空系统、油冷系统、供电及控制系统、数据采集及处理系统、安全及报警系统等组成。此回路运行分两个阶段：第一阶段采用Ｎａ－Ｋ合金于常温下运行来研究ＭＨＤ压降，第二阶段采用金属锂于３５０～５００℃下运行来研究材料相容性。代表回路特性的Ｈａｒｔｍａｍ参数及相互作用参数分别为６３４３，１２１７２，液态金属在管道中最大流速达１．３８ｍ／ｓ，磁场强度达２．０Ｔ。     

竖直矩形窄流道内空泡行为对压降的影响特性

对竖直矩形窄流道内的沸腾流动开展可视化实验研究,以探讨空泡行为对压降的影响特性。研究发现:在相同热工参数下,窄流道内的大量汽泡产生(OSV)点会早于常规流道出现。基于实验研究结果建立了计算窄流道内真实干度和空泡份额的关系式。窄流道内的空泡行为对压降有着重要的影响,且汽团形成会很容易造成窄流道的阻塞;然而,流道出口空泡份额的增加并不会导致总压降的单调性增加。     

低流速过冷沸腾压降实验与计算方法研究

在中压强迫循环工况下开展了低流速过冷沸腾压降实验．实验中同时对过冷沸腾空泡率进行了测量基于得到的实验数据,对低流速过冷沸腾压降计算方法进行了研究．研究表明．过冷沸腾工况下的流动压降与重力压降亦即空泡率密切相关．选用合理的空泡率计算模型对于低流速过冷沸腾压降的准确计算极为重要由于目前普遍采用的Saha模型．Levy模型难以得出准确的低流速过冷沸腾真实含汽率与空泡率预测结果,应用于低流速过冷沸腾压降计算时会产生较大偏差．笔者提出的真实含汽率模型和净蒸汽产生点（NVG）空泡率模型可用于蒸汽-水强迫循环低流速过冷沸腾压降计算通过本文研究、最终得出蒸汽-水强迫循环低流速过冷沸腾压降的推荐计算方法。     

环形窄缝通道中沸腾压降的实验研究

在1．5～6．0MPa压力下,通过内外管通电双面加热流体,对问隙为1．0mm和1．5mm垂直环形窄缝通道内饱和沸腾状态下的压降进行实验研究。通过实验得出了新的分液相摩擦倍增因子公式,用该公式得到的计算结果与实验数据符合较好,平均误差为11．6％。     

Analysis of MHD Pressure Drop in Liquid LiPb Flow in Chinese ITER DFLL-TBM with Insulating Coating

Magnetohydrodynamic （MHD） pressure drop in the Chinese Dual Functional Liquid Lithium-lead Test Blanket Module （DFLL-TBM） proposed for ITER is discussed in this paper. Electrical insulation between the coolant channel surfaces and the liquid metal is required to reduce the MHD pressure drop to a manageable level. Insulation can be provided by a thin insulating coating, such as Al2O3, which can also serve as a tritium barrier layer, at the channel surfaces in contact with LiPb. The coating＇s effectiveness for reducing the MHD pressure drop is analysed through three-dimensional numerical simulation. A MHD-based commercial computational fluid dynamic （CFD） software FLUENT is used to simulate the LiPb flow. The effect on the MHD pressure drop due to cracks or faults in the coating layer is also considered. The insulating performance requirement for the coating material in DFLL-TBM design is proposed according to the analysis.