竖直窄矩形通道内过冷沸腾传热模型

通过引入池式沸腾-流动沸腾汽泡脱离直径比对沸腾抑制因子S进行了修正,并将修正后的S引入Lee-Mudawwar过冷沸腾CHF模型,通过结合竖直窄矩形通道内的汽泡行为进行分析,建立了适应于竖直窄矩形通道的过冷流动沸腾传热模型,探讨了影响过冷沸腾传热系数的主要因素,并通过将模型预测值与实验值进行对比,验证了模型的可靠,表明当前模型可用于计算竖直窄矩形通道内的过冷沸腾传热特性。     

转运通道中燃料组件沸腾传热的试验研究

在压水堆换料过程中,乏燃料组件要通过水下通道完成从反应堆厂房到乏燃料水池的运输。为获得乏燃料组件在换热条件较恶劣的承载器顶角区域的传热特性,开展了试验研究,测量得到了2 400～20 000 W/m²不同热流密度下承载器顶角区域3根燃料棒顶部的沸腾换热系数,并拟合得到沸腾传热关联式。研究结果可为今后工程应用中评估燃料组件在转运过程中的热工安全状态和表面最高温度提供参考。     

超临界水冷堆类三角形子通道传热不均匀性研究

基于类三角形堆芯子通道超临界水传热不均匀性试验,建立棒径为8 mm、栅距比为1.2~1.4的超临界水冷堆（SCWR）类三角形堆芯子通道物理模型,研究通道内超临界水传热不均匀性,分析超临界压力区子通道传热轴向与周向不均匀性。试验研究表明类三角形子通道轴向传热强度不均,沿轴向传热强度存在峰值区,大比热区传热强度大,而远离大比热区传热强度低;试验与数值模拟对比表明 (Spezlale, Sarkar and Gatski Model) 湍流模型可准确预测SCWR类三角形子通道超临界水传热特性;子通道周向传热严重不均,在垂直于主流方向横截面,流体和管壁之间的局部传热系数随着周向角的增大先升高后降低,其值在中心主流区处最大,在窄缝区位置最小,并且在不同的主流焓值区内周向传热不均程度不同;栅距比对子通道传热有影响,随着栅距比的增大,在整个主流焓值区内,平均壁温升高,换热系数降低,周向传热不均匀性显著减小。      

竖直矩形窄缝通道内过冷沸腾传热特性的实验研究

以去离子水为工质,在进口压力为0.1～0.3 MPa、质量流速为200～1400 kg·m^-2·s^-1、热流密度为20～320k W·m^-2的参数范围内,对截面参数为50mm×2mm的竖直矩形窄缝通道展开了传热实验研究。实验获得通道内部工质由单相状态到过冷沸腾状态的传热过程曲线,将过冷沸腾段实验值与8个经验公式提供的预测值进行了对比与分析,采用相似原理以及回归分析法,建立了适用于竖直矩形窄缝通道的过冷沸腾准则关系式。研究结果表明,在竖直矩形窄缝通道内,热流密度对过冷沸腾传热具有主导作用;对于本实验的窄缝通道,Bertsch传热公式对于过冷沸腾段的预测效果相较于其他公式更好,本研究所建立的准则关系式与实验数据符合良好。因此,本研究建立的公式能够用于竖直矩形窄缝通道过冷沸腾传热系数的预测。     

窄通道内不凝结气体对过冷沸腾汽泡行为的影响

针对窄通道内不凝结气体对过冷沸腾汽泡行为的影响进行了实验研究,通过高速摄影仪记录了矩形窄通道内含和不含不凝结气体的汽泡行为并进行了分析。分析结果表明：在过冷沸腾条件下不凝结气体对汽泡行为产生了较大的影响,延缓了汽泡的生长和冷凝,使汽泡的直径变化呈震荡特性;从蒸汽的产生和冷凝角度分析,不凝结气体的存在有利于汽泡的生存,促进了汽泡之间的聚合过程,在一定程度上有利于换热。     

窄流道内过冷流动沸腾条件下汽泡滑移特性研究

对竖直矩形窄流道内的汽泡滑移进行可视化实验,得到汽泡滑移运动的特性和滑移距离随工况变化的特性.建立基于能量平衡的热量分析模型,研究汽泡滑移对换热特性的影响.分析表明,滑移运动的汽泡比周期性固定生长的汽泡所引起的强化换热效果更显著.本文引入滑移汽泡扰动强度的概念,提出了滑移汽泡和固定汽泡扰动所导致的热流密度表达式,并分析...     

CFD过冷沸腾模型及在燃料组件热通道模拟中的应用

论述了强迫对流流动中过冷沸腾先进的CFD模拟，重点研究了连续液体与气泡间的动量交换。在本研究中，CFX-5程序中基于两流体方法的壁面沸腾模型将与最新发展的无拖曳力模型关系式一起运用。本文主要描述了相间质量、热量、动量交换模型的概念。利用公开发表的管内流动实验结果来进行模型验证。 用壁面沸腾模型对燃料棒束中一个热通道内的过冷沸腾进行了模拟。模拟中考虑了为提高燃料组件热量传输性能而在格架中设置搅混叶片的影响。模拟结果显示了模型在评估格架几何设计对流动特性影响方面的能力。     

压水堆燃料棒束通道内过冷沸腾分析

使用Fluent14.5两流体模型中的RPI(Rensselaer Polytechnic Institute)壁面沸腾模型,对堆芯燃料棒束通道内过冷沸腾现象进行数值模拟,得到了通道内的流场、温度场以及空泡份额的分布,分析了定位格架和搅混翼的存在对热工水力特性的影响。数值结果表明,格架的存在会造成很大的压降,而搅混翼会对流场、温度场和空泡份额分布产生显著影响;RPI壁面沸腾模型的模拟结果与Bartolemei试验数据符合很好。     

低压低流速条件下的过冷沸腾换热特性

为探究低压低流速条件下的过冷沸腾换热特性,开展本实验研究。通过分析实验中采集的热工参数和可视化图像,探究了沸腾滞后现象、沸腾失稳现象以及沸腾换热特性。实验发现沸腾起始点壁面过热度较高,而沸腾的发生大幅提高了换热系数,因此出现了显著的沸腾滞后现象。实验中较为光滑的加热面可达到较高的过热度,而低压下快速产生的气泡尺寸较大,在较低的热流密度下气液界面发生剧烈变化,使气泡破裂为多个小气泡并成为核化点。在过冷沸腾换热系数的预测中,Dittus-Boelter对流换热关系式不再适用,采用Hallman关系式和Gnielinski关系式计算对流换热系数,并引入壁面过热度对池式沸腾换热系数进行修正,可使过冷沸腾换热系数的预测精度大幅提高。     

竖直窄缝水工质常压过冷沸腾流动与传热分析

以去离子水为工质,对常压下竖直窄缝通道内过冷沸腾流动与换热规律进行实验和数值模拟研究。对壁面气泡核化特点进行可视化实验分析,建立2 mm窄缝通道的壁面核化沸腾模型,包括:汽化核心密度、气泡脱离直径和气泡脱离频率关联式。以两流体模型为基础,结合壁面热量分配伦斯勒理工学院(RPI)模型以及壁面核化沸腾模型,建立竖直窄缝通道内过冷沸腾流动传热计算流体动力学(CFD)数值模型,对典型实验工况进行模拟分析,并与实验结果进行对比,两者吻合良好。     

转运通道中燃料组件自然对流传热特性试验研究

针对燃料组件滞留转运通道期间的自然循环传热过程开展了试验研究。获得了承载器顶角区域加热棒的试验数据,并拟合出传热经验关系式。计算结果与试验结果比较表明,该关系式能较好地计算顶角区域加热棒顶部局部努塞尔数Nu。并通过试验数据证实了在相同的燃料棒热流密度和承载器进口水温条件下,最靠近承载器顶角位置的1号棒的传热能力最差,壁温最高。     

锆-4在冷却水中的骤冷沸腾传热实验研究

为了研究锆-4在冷却水中的骤冷行为与沸腾传热特性,本文采用可视化方法,并测量了锆-4在骤冷过程中的温度变化。基于一维导热反问题求解,计算得到锆-4表面的热流密度和温度。在骤冷过程中锆-4会依次经历膜态沸腾、过渡沸腾、核态沸腾以及单相对流换热4个阶段,并且分析了轴向高度和冷却水过冷度对骤冷行为以及沸腾传热的影响。结果表明,随着过冷度的增大,骤冷时间减小,最小膜态沸腾温度增大,并且核态沸腾与过渡沸腾传热受加热表面局部特性影响显著,并建立了锆-4表面最小膜态沸腾温度的关系式,对反应堆的安全分析具有重要的意义。      

Optimization of Fuel Assembly Allocation for Boiling Water Reactors

Abstract

A direct search algorithm is applied to the optimization of fuel assembly allocation of BWR with particular consideration given to the nuclear model and the treatment of operating constraints. A simple expression is derived for evaluating the stuck rod margin, based on regression analysis of data obtained by three-dimensional full core analysis, and the expression is applied to optimization procedure.

The practical applicability of the method is confirmed through trial computations for the second and equilibrium cycles of a medium-sized commercial BWR, with an examination based on various initial guesses and objective functions for radial power peaking.     

沸腾换热强化特性实验研究

沸腾换热具有传热温差低、换热系数高等优点,对提高设备的紧凑性、经济性和安全性具有重要意义.目前,核动力装置中主要以光管作为沸腾换热元件,沸腾换热强化的空间很大.本文针对核动力装置非能动余热排出换热器沸腾换热工况,以水为工质,对光管及3种强化管的管外沸腾换热特性进行实验研究,得出了4种管型的沸腾换热强化特性,并分析了各强化管的强化机理.整体针翅管表面大量螺旋排列的三维翅片增大了换热面积、延缓了汽泡在壁面附近聚合形成大汽膜,使沸腾换热得到强化;多孔管采用机械方法在壁面加工出大量微细小孔,汽化核心数量和汽泡脱离频率均大幅提高,因此,沸腾换热强化效果显著;绕丝针翅管是一种复合强化手段,兼有整体针翅管和多孔管的优点,沸腾换热强化效果也较好.     

亚临界及近临界压力区竖直管内沸腾传热实验研究

本文阐述在亚临界及近临界压力区,φ18×3不锈钢管内竖直下降汽水两相流沸腾传热特性的实验研究。实验参数为:压力 p=17.2—22.6 MPa,质量流速 G=800—2000kg/m~2·s,外壁热负荷q_0=220-460kW/m~2。实验结果表明,在亚临界及近临界压力区,竖直下降管内汽水两相流沸腾传热特性随压力提高得到改善;而在超临界压力下的传热特性比近临界压力区的差。     

水平矩形窄缝通道内水沸腾换热的实验研究

以去离子水为工质,在1.0～6.0MPa压力范围内,对大宽高比(1.0×60mm、1.8×60mm、2.5×60mm)矩形狭窄通道内两相沸腾的换热特性进行了实验研究.分析了压力、窄缝间隙、热流密度、质量流量、含汽率等参数对矩形窄缝通道内水的沸腾换热的影响,得到了矩形窄缝通道内沸腾换热经验关系式,与实验数据符合良好.     

基于流固共轭传热的两相流动数值模拟及燃料子通道CHF预测研究

为对过冷沸腾两相流动进行准确模拟,并探索临界热流密度（CHF）预测方法,本文基于共轭传热和两相CFD分析的方法,通过流固界面耦合,建立流固共轭传热两相流动耦合求解的数值模型。首先通过典型燃料棒栅元过冷沸腾两相流动的模拟,验证数值模型的正确性。随后对燃料子通道内两相流动进行模拟,并在两相流动模拟的基础上,通过准瞬态的方法,建立与CHF试验过程非常近似的CHF预测方法,将加热壁面的温度飞升作为CHF判定的标准,实现对燃料组件子通道CHF的数值预测。研究表明,本文建立的数值模拟方法,可为燃料组件或其他换热系统的CHF预测奠定基础,为燃料组件的设计提供新的辅助手段。     

光滑方环管内超临界水传热周向不均匀性数值分析

采用流-固耦合的方法,利用计算流体力学程序(CFX)软件,对方环管内超临界水传热特性进行数值模拟研究,得到方环管内加热管的温度分布,并对加热管温度分布的周向不均匀性进行分析评价.计算结果表明,方环管内加热管的外壁面温度的周向不均匀性高于内壁面,内壁面的温度周向不均匀性非常低,壁面周向平均温度满足一维导热公式.窄通道与角通道处流体先后通过拟临界区域,促使加热管外壁面温度的周向不均匀性随主流体比焓值的增加出现3个不同变化特征的区域.等壁面热流密度条件下,计算结果与等体积释热率条件有较大程度的不同.等体积释热率的假设与实际情况更加接近,说明实际情况下固体内部存在周向导热,促使周向温度分布更加均匀.