压力容器-保温层流道变形条件下临界热流密度试验研究

针对压力容器外部冷却(ERVC)应用中的压力容器-保温层流道(RPV-保温层流道)变形问题,利用提高临界热通量影响因素(FIMR)的试验装置,在相同流量范围开展了变形条件下壁面临界热流密度(CHF)的试验研究,分析了流道变形和流量变化对压力容器(RPV)下封头壁面CHF的影响规律,获得了流道变形情况下ERVC的安全裕度。结果表明:随着RPV下封头角度升高,循环流量增加,下封头壁面CHF增大;与原型流道相比,变形流道下封头壁面CHF的变化幅度小于7%,流道变化的影响并不显著;变形流道中,下封头壁面安全裕量最小的位置与原型流道相同,其安全裕量略有提高。     

熔融物堆内滞留条件下压力容器变形

熔融物堆内滞留(In-Vessel Retention,IVR)已经成为第三代反应堆一项关键的严重事故缓解策略,而压力容器外部冷却(External Reactor Vessel Cooling,ERVC)技术则是保证IVR得以成功实施的关键。当发生堆芯熔化时,高温熔融物对压力容器(Reactor Pressure Vessel,RPV)下封头的热冲击会导致RPV壁面和由其构成的外部冷却通道的形状发生变化,使局部传热恶化,进而造成IVR的失效。因此,有必要对IVR条件下RPV壁面的变形进行研究。本文利用有限元软件ANSYS对RPV进行了几何建模、温度场分析和力学场分析。结果表明,在RPV外部实现冷却、内部实现泄压的前提下,壁面变形为13.85-18.75 mm。在1 MPa内压的作用下,高温蠕变会使壁面变形随时间增大,但其增量有限。热膨胀是造成壁面变形的主要因素。     

严重事故条件下压力容器下封头外表面临界热流密度实验研究

开展堆腔注水冷却系统的临界热流密度(CHF)实验。采用等宽矩形发热段模拟压力容器下封头,分别在池式沸腾及强迫循环工况条件下,对发热壁面不同角度位置处的CHF限值进行实验研究。实验结果表明:在池式沸腾和强迫循环工况条件下,CHF随角度的变化关系都可以分为3段,在靠近入口的区域,池式沸腾条件下CHF随角度增加而升高,而强迫循环工况条件下CHF随角度增加逐渐降低;在中部区域,CHF随角度增加而升高;在靠近出口的区域,CHF随角度增加而降低。     

压力容器保温层入口条件变化及其对IVR传热裕度的影响研究

熔融物堆内滞留(IVR)是大型非能动核电厂的重要严重事故缓解措施之一,压力容器下封头外壁面临界热流密度(CHF)是该措施能否成功的关键因素,而压力容器保温层入口条件对保温层流道内流动沸腾、CHF及IVR传热裕度具有重要影响。开展全高度压力容器外壁面CHF试验,试验结果表明,压力容器保温层入口水的过冷度越大,压力容器外壁面CHF越高,入口过冷度对于提高CHF是有利因素。根据严重事故类别及其事故进程特点,选取典型的严重事故序列,采用MELCOR程序计算分析压力容器下封头内形成稳定熔池时堆腔水的过冷度,分析结果表明堆腔水过冷度较大时的熔融物衰变热较高,而堆腔水过冷度较小时的熔融物衰变热较低。对于形成稳定熔池后的传热裕度也进行了分析,结果表明在堆腔水量较大的情况下,形成稳定熔池时刻可作为IVR有效性分析评价的包络状态。     

池沸腾下朝向SA508钢表面临界热流密度特性试验研究

反应堆压力容器外部冷却（ERVC）是实现熔融物堆内滞留（IVR）的重要方案之一,而反应堆压力容器（RPV）外壁面的临界热流密度（CHF）决定了ERVC冷却能力的限值。为此建立小型CHF试验装置,并采用RPV用SA508钢制作试验块加热表面。以去离子水为试验工质,开展池沸腾下朝向CHF试验,研究真实RPV表面材料在不同倾角和过冷度条件下的CHF特性,及其老化效应对CHF的影响。结果表明：SA508钢表面极易氧化生锈,其CHF较不易生锈的铜和不锈钢表面要高;SA508钢表面CHF随倾角的增大而增加,但在30°附近存在转折,转折角以下范围内的CHF随倾角增加趋势不明显;CHF随过冷度的增加而增加,且基本呈线性变化。本试验有助于进一步认识RPV外壁面的CHF行为,为后续开展CHF增强方法研究奠定基础。     

低压临界热流密度公式评述

本文介绍５０年代以来，欧美及日本学者提出的多种低压临界热流密度（ＣＨＦ）公式及其特点。在分析比较的基础上，指出了选用低压ＣＨＦ公式应注意的事项及在这方面我国目前急待解决的问题。     

低流速下临界热流密度（CHF）关系式分析

本文介绍了国外开展低流速下临界热流密度实验研究的概况，通过对两个常用于低流速下临界热密度（ＣＨＦ）预测的经验关系式的分析，说明了进一步开展低流速下临界热流密度实验研究的必要性，同时对将来的研究工作提出了建议。     

严重事故条件下反应堆压力容器下封头CHF模型应用研究

根据堆芯熔融物滞留(IVR)措施与压力容器的传热特点,对界面脱离临界热流密度(CHF)分析理论模型和考虑单个汽泡汽-液界面动力学的CHF分析理论模型分别进行改进,建立综合的CHF预测模型以应用于压力容器下封头CHF分析。结果表明,本文的综合模型预测的下封头CHF结果与国际上一些大尺寸的弯曲表面实验结果基本一致。     

三层熔池结构对AP1000反应堆压力容器外壁面热流密度的影响

严重事故后期,反应堆压力容器（RPV）下腔室内熔融物（U-Zr-O-Fe）可能发生分层。但目前采用的三层熔池结构分析模型之间有较大差异。本文采用了3种不同熔池结构模型:Esmaili & Khatib-Rahbar模型、Seiler模型、MAAP5程序模型分别计算了AP1000电厂的三层熔池结构并对RPV外壁面热流密度分布进行分析。结果表明,3种计算模型计算的熔池结构差异很大,进而影响了RPV外侧的热流密度分布。相比Esmaili & Khatib-Rahbar模型,Seiler模型更为保守。而MAAP5程序模型虽然在计算氧化物层和重金属层成分时是基于热力学理论,但轻金属层成分的确定方法尚待进一步改进。      

摇摆对常压水临界热流密度(CHF)影响实验讲究

摇摆对常压水临界热流密度（ＣＨＦ）影响实验讲究庞凤阁，高璞珍，王兆祥，彭敏俊，丁洪河，许岷（哈尔滨工程大学）关键词临界热流密度（ＣＨＦ），摇摆，强迫循环１引言临界热流密度（ＣＨＦ）是指沸腾传热过程发生急剧恶化时的热流密度，在水冷反应堆中，ＣＨＦ是一个...     

通道局部倾斜效应对临界热流密度特性影响理论研究

针对次临界能源包层燃料区冷却剂通道的弯曲结构及相应的运行工况,建立能够预测通道局部倾斜条件下临界热流密度的机理模型,并开发相应的计算程序。采用竖直和倾斜条件下实验数据对模型进行了验证,验证结果表明所开发模型具有较好的计算精度和较宽的适用范围。利用程序对通道局部倾斜效应作用下的临界热流密度变化规律进行计算分析,结果表明:随着局部倾斜角度的增加和热工工况的恶化,临界热流密度相对竖直通道的降低幅度明显增加。     

单棒垂直方形通道临界热流密度实验研究

采用R134a作为流体工质,对单棒垂直方形通道临界热流密度（CHF）进行了实验研究。流道横截面为19 mm×19 mm的方形通道,内置外径为9.5 mm的单根加热棒,用来模拟压水堆中典型栅元通道。实验工况通过流体模化方法覆盖了压水堆典型运行工况。实验结果表明,R134a在方形通道内的CHF参数趋势与圆管中水的CHF参数趋势相同,R134a可以替代水作为模化工质;通过对圆管Bowring关系式和Katto & Ohno关系式进行冷壁因子修正,可用于预测带有冷壁的方形通道的CHF;Katto的流体模化方法适用于带有冷壁的方形通道。      

环形窄缝通道内干涸型临界热流密度的理论研究

在双面加热的垂直环形窄缝通道内,对向上流动环状流的临界热流密度(CHF)进行理论研究,以质量、动量和能量守恒方程为基础建立数学物理模型。对该模型进行数值求解,得到了不同窄缝间隙通道内的CHF和临界含汽率的关系曲线,分析得出压力对CHF的影响,并将理论计算值与实验值进行比较。     

不对称加热矩形窄缝通道临界热流密度研究

以氟利昂12为冷却介质,对4种加热比条件下的矩形窄缝通道双面不对称加热工况下的临界热流密度(CHF)进行实验分析,获得各种工况下CHF与冷却剂质量流速、入口过冷度、出口含汽率的关系。实验结果表明:低含汽率下,CHF随加热比的增加而增加,随着含汽率的增加,不同加热比的实验通道内CHF差异减小;高含汽率下,CHF随加热比变化趋势与低含汽率的相反。     

一种特殊的非对称加热矩形通道临界热流密度实验研究

介绍在高温、高压热工实验装置上进行的垂直上升流条件下一种特殊的非对称加热—单侧加热窄缝矩形通道临界热流密度(CHF)实验研究。实验研究了质量流速、临界含汽量等参数对单侧加热矩形通道CHF的影响规律。研究结果表明,在实验参数范围内,单侧加热与双侧加热的CHF值相差不大,且两者的变化规律基本一致:即在其他热工参数保持不变的情况下,单侧加热CHF随临界含汽量的增加而减小,随入口过冷度的增加而增大;在较低含汽量范围内,单侧加热CHF随质量流速的增加而增大;在较高含汽量范围内则趋势相反。本文提出的单侧加热矩形通道CHF计算关系式在参数范围内计算精度良好。     

矩形通道临界热流密度计算模型的实验评价

自然循环条件下,矩形通道内的临界热流密度(CHF)发生受到很多因素影响,目前对其特征的把握尚不完善。将本研究中得到的实验结果与Katto的强迫循环和Zhang的自然循环两种CHF模型的计算值进行比较,分析两种模型在实验条件下的适用性以及入口流速、出口质量含汽率和压力对CHF的影响。研究表明:Katto模型的计算结果普遍高于实验值,而Zhang模型的计算结果与实验值符合较好。随着入口流速的增大,自然循环和强迫循环CHF均逐渐增大;随着出口质量含汽率的增大,两类循环的CHF均减小;随着压力的增大,两类循环的CHF都增大,而在较大压力条件下自然循环CHF的增长速率随系统压力的增大而减小。     

自然循环临界热流密度实验研究

本文介绍高压自然循环临界热流密度(CHF)实验研究。结果表明,对于稳定流动,自然循环与强迫循环CHF值几乎没有差別;不稳定流动将导致CHF降低。文中还给出了自然循环CHF工况预算模型。     

紧密排列棒束燃料组件临界热流密度实验研究

基于高转换比紧密布置堆芯研究背景,针对堆芯紧密排列螺旋绕肋棒束组件开展了临界热流密度(CHF)实验研究,获得了棒束在不同热工条件下临界热流密度。研究结果表明:紧密排列棒束燃料组件CHF主要发生在热棒元件,临界发生时加热元件壁面温度迅速升高,同时压力升高,流量降低;系统压力、质量流速、含汽率、入口过冷度等热工参数对组件临界热流密度影响较大;获得了CHF计算关系式,计算值与实验值偏差在±10%以内。