基于FLUENT的核电用文丘里管稳流性能研究

采用Realizable k-?湍流模型和Zwart空化模型对某核电用空化型文丘里管的空化流动进行了数值模拟。模拟在特定工况条件下文丘里管内流动情况,得到流量变化曲线,预测空化区域,分析稳流原理和规律。模拟不同喉部直径文丘里管稳流性能,探究喉部直径变化对空化的影响。研究结果表明:随着入口压力的增大,文丘里管将发生空化塞流。将流量变化控制在一定范围内,达到相对稳流的作用。稳流时,管路压力每升高0.1 MPa,流量增加0.06 m3·h-1;喉部直径的尺寸直接影响水力空化初生与流量增幅;在一定范围内,文丘里管喉部直径大,空化流动发展迅速且流量增幅大,喉部直径小,管路流量增长幅值小。      

基于CFD分析的文丘里流量计设计优化

质量流量是核电站热功率核算的关键参数之一,核电站一般采用文丘里流量计和孔板流量计同时测量,然而在低流量区文丘里流量计呈现出明显波动,其参数不稳定严重影响核电站的正常运行。本文基于理论分析结合数值分析,发现脉动流动是导致文丘里流量计测量波动的主要原因。基于分析结果,对文丘里流量计提出了优化设计方案,通过在文丘里管上游集成流量调整装置,从而减小脉动流,有效提升文丘里流量计的稳定性。此外,开展了集成不同类型流量调整装置的文丘里流量计压损特性数值研究,结果表明K-Lab型流量调整装置阻力较小。本文提出的方案可有效提升文丘里流量计测量精度。     

自吸式文丘里水洗器引射特性研究

以安全壳过滤排放系统中的自吸式文丘里水洗器为研究对象,采用空气和水为工质,在不同空气流量、液位及系统压力下对文丘里水洗器的引射特性进行实验研究。结果表明,随着喉部气相折算流速(简称喉部流速)的增加,吸液口两侧压差近似呈抛物线规律增长,引射量线性增加。压力容器内的液位对引射特性的影响与其相对于文丘里水洗器出口的位置有关,当液位低于文丘里水洗器出口时,随着液位的提升,引射量获得明显的提高,并随喉部流速的变化表现出分区效应,喉部流速较低时,增加液位对于改善引射量更加有效;当液位在文丘里水洗器出口以上变化时,对引射量几乎无影响。压力是影响自吸式文丘里水洗器引射特性的重要因素,这主要归因于气体密度的变化,在0~150kPa范围内,随着压力的提升,引射量得到明显改善,且在高喉部流速区域压力变化对引射量的影响较在低喉部流速区域更加显著。     

文丘里管空化限流现象数值模拟和实验研究

压水堆核电厂中发生超流量工况时,要求补水泵下游的文丘里流量计形成空化限流,以保护管道流量不超过限值。采用FLUENT数值模拟和高速摄像实验结合的方法,使用3种不同空化模型,对文丘里管的空化限流现象、空化发展规律和流动特性进行了研究。结果表明:采用Zwart-Gerber-Belamri（ZGB）空化模型和剪切应力输运（SST）k-ω湍流模型可对文丘里管空化限流现象进行较为准确的模拟;空化限流时文丘里管内部将发生周期性空化现象,同时将在壁面回射流的作用下发生小气泡脱落、尾部气泡脱落和空化云整体断裂式脱落等微观流动行为。       

湿蒸汽流量测量虚高系数影响数值研究

采用计算流体动力学(CFD)两相流模拟软件对文丘里流量计内湿蒸汽的流动过程进行研究,分析压力、流量、喉径比等参数对虚高系数的影响。结果表明:流量对虚高系数的影响较小;文丘里流量计喉径比对虚高系数的影响会随着压力升高而变大。     

320MW核电机组热功率计算与主给水流量低的研究

本文根据秦山320 MW机组反应堆热功率和主给水流量出现下降趋势,从热功率计算的原理出发,分析了热功率计算值的影响因子,通过热平衡试验和给水流量诊断试验分析了主给水流量在热平衡计算中对反应堆热功率准确度的直接影响。然后介绍了核电厂主给水流量测量的常规方法及文丘里流量计存在的不足,320 MW核电机组主给水流量低的原因可能是文丘里管的喉部出现冲蚀情况。随后提出了主给水流量低的相关应对措施,最后依据技术规格书要求条款讨论了反应堆热功率下降对于机组功率运行时的安全性的不利影响。     

自吸式文丘里水洗器结构设计程序开发

开发了1套自吸式文丘里水洗器结构设计程序,该程序给出了完善的热工参数计算和喉部结构设计逻辑。在实验研究的基础上,提出了阻力计算修正关系式,修正后的计算结果与实验值的相对误差在8.6%以内。     

文丘里式气泡发生器内气泡输运过程研究

利用可视化方法研究文丘里式气泡发生器内气泡的输运和破碎过程。实验以水和空气为工质,水流量范围为15～20 m³/h,气流量范围为0.6～0.7 L/min,空泡份额在0.2%～0.3%之间。结果表明：不同于常规通道,气泡在从文丘里管喉部流出后具有一个明显的减速过程,使得气液相对速度随之增加,该减速过程对气泡变形和破碎存在极大影响;水流量对气泡的破碎位置无明显影响,气泡破碎位置通常发生在渐扩段距喉部8～10 mm左右的范围,处于壁面涡流区与主流的交界附近。     

蒸汽发生器蒸汽限流器设计改进与试验验证

介绍了压水堆核电站蒸汽发生器蒸汽限流器的一种改进设计。在保持相同喉部总流通面积的条件下,通过试验证明,改进后的19个文丘里管的蒸汽限流器结构的压力损失比传统的7个文丘里管的明显减小,并验证了蒸汽限流器的压力损失计算方法。     

平行通道管间脉动试验过程中系统不稳定现象分析

在平行通道管间脉动试验过程中,系统出现了同频率等幅同相脉动和水锤现象.本文对此进行分析讨论的结果表明,回路系统中混凝器的存在容易引起系统的流动不稳定.用文丘里管流量计测量脉动流量除了应考虑测量系统的动态测量要求外,还必须对测量的平均流量和振幅加以修正.     

高温气冷堆蒸发器工程验证实验回路蒸发器传热管流量调节特性研究

高温气冷堆蒸发器工程验证实验回路蒸发器传热管流量调节精度要求很高,电动阀门能否满足调节精度要求需分析和验证。在常温、常压测试回路上测量了电动阀门在不同开度下的阻力系数(性能曲线)和阀门的调节灵敏度,然后根据测量结果分析在实际运行工况下采用单阀门和双阀门的流量调节灵敏度。结果表明,单阀调节精度较低,最小步长对应的流量变化值约为2.4%。双阀可提高调节精度,固定阀门与可调阀门的节流比为5:1时,最小步长对应的流量变化值约为0.175%,且调节精度随节流比增加而提高。     

核电厂指套管磨损涡流检查深度定量的影响因素研究

反应堆中子注量率测量指套管的涡流检查结果是核电厂维修行动的参考依据。基于现用的涡流检查方法,分析了指套管磨损缺陷的参数变化对涡流检查深度定量的影响,结果表明:周向磨损宽度在210°以内时对涡流测量深度定量的影响较大;轴向磨损长度小于20 mm时,对深度定量的影响明显;月牙型磨损的涡流测量值偏小;在2次磨损的周向位置不变的情况下,磨损叠加对测量无影响,当2次磨损的周向位置变化时,磨损缺陷叠加对测量结果影响较大。     

温度对狭窄缝隙流动阻力系数影响的试验研究

压水反应堆内冷却剂旁漏流流道尺寸多是狭窄缝隙，狭窄缝隙尺寸很敏感，很容易受到系统压力、压差、温度、振动等因素的影响。微小的尺寸变化又会引起阻力系数明显改变，导致试验测得的雷诺数与阻力系数关系曲线与流体动力学基本原理相悖。本文通过开展恒温和升温条件下的狭窄缝隙流动阻力系数试验，研究温度变化对狭窄缝隙流动阻力系数的影响规律。升温试验中维持系统压力、试验本体压差、流量不变，逐渐升高试验流体温度，获得不同温度下的试验本体流动阻力系数。试验结果表明试验流体温度从23℃上升至52℃时，试验本体狭窄缝隙尺寸由于热胀冷缩导致接缝面更贴合，压紧力增大，流动阻力系数增幅达8%。     

文丘里式气泡发生器渐扩段内单气泡输运过程研究

文丘里式气泡发生器渐扩段的流场结构、流动参数等对气泡制备性能起关键作用,因此,对具有矩形截面的文丘里通道渐扩段区域单气泡输运过程进行了可视化研究。分析发现,渐扩段气泡剧烈减速及变形过程对气泡最终的断裂和破碎起关键作用。气泡的减速过程虽只持续数ms时间,依然呈现加速减速和降速减缓两个明显阶段;气泡旋转过程呈现相似的变化规律。在液体流量2.4～6.9 m³/h范围内,对应最大旋转速度可达900～3 000 rad/s。气泡旋转过程持续时间较减速过程稍长,气泡最大旋转速度的位置出现在最大减速加速度位置的下游约2 mm处;液体流量和气泡尺寸对气泡旋转和变形过程有明显影响,液体流量越大或气泡尺寸越小,气泡旋转过程越剧烈,且旋转速度在更短距离内达到最大值;增大液体流量在一定范围内加剧了气泡的拉伸变形。这些可视化研究结果,为进一步揭示文丘里气泡发生装置内气泡的碎化机制、完善数值分析模型、优化设计等提供参考和帮助。     

HL-2M偏滤器热氮气烘烤仿真及优化

为提供高质量的等离子体真空运行环境,需对偏滤器进行高温烘烤。根据热传导与对流换热方程对偏滤器的烘烤过程进行了数值模拟及优化。结果表明:当热氮气等质量流量控制时,偏滤器回路压力损失逐渐增大,各部件烘烤温度爬升速率呈线性增加;当热氮气等体积流量控制时,偏滤器回路压力损失逐渐降低,各部件烘烤温度爬升呈线性增加。当初始条件近似相等(等质量流量为3×10~(-3)kg/s和等体积流量为4.8×10~(-4)m~3/s)时,前者的部件温升速率略低于后者,但各部件烘烤过程中最大温差均未超过90℃。     

窄矩形通道内低压两相自然循环流量漂移实验研究

在自然循环实验台架上进行窄矩形通道自然循环流量漂移实验研究。当加热到一定功率时,系统开始出现自然循环流量漂移,且流量漂移过程中伴随着流量振荡;整个系统的稳定性随着入口流体欠热度、压力、缝隙宽度的增加而增大。通过欠热度数、相变数等参数绘制出系统的稳定性曲线。发现窄矩形通道流量漂移存在4阶段机理,并提出窄矩形自然循环流量漂移起始功率经验关系式。     

Si_3N_4/NS315合金高温微动磨损特性研究

使用液压式高精度微动磨损试验机PLINT,以陶瓷球Si3N4为对磨副对国产690合金(国内牌号NS315)进行室温以及高温条件下的微动磨损试验,分析其三维摩擦特性曲线、摩擦系数、磨痕形貌,探究其磨损机理。实验结果表明:当位移为80²00μm时,NS315合金处于滑移区;位移幅值对NS315合金的摩擦系数影响较小;法向载荷增加时,NS315合金摩擦系数升高;与室温相比,高温条件下NS315合金摩擦系数较高、磨损量较大,磨损情况严重;室温时,NS315合金磨损机理主要为磨粒磨损,而高温300℃时,其磨损机理主要表现为摩擦氧化以及剥层。     

电子束与复合靶作用后辐射特性的数值模拟

建立了复合靶的蒙特卡罗粒子输运计算模型,以“闪光二号”加速器为电子束源,模拟了电子和光子在不同材料中的输运规律,研究了钽和聚乙烯组成的复合阳极靶对辐射X射线场的影响。模拟结果表明：随着钽厚度的增加,辐射X射线平均能量增大,能量转换效率先增大后减小;聚乙烯可明显减小辐射场中的电子份额。当钽和聚乙烯的厚度分别取20 μm、3 mm时,辐射场中平均光子能量为102.68 keV;光子总能量为88.62 J,远大于电子总能量0.02 J;X射线能量转换效率为0.57%。根据数值模拟结果和实验条件设计了复合靶,计算和测得的X射线平均能量分别为108和121 keV,二者符合得较好。     

用中子散射幅度谱研究石蜡厚度响应的初探

用中子散射幅度谱研究石蜡厚度响应的实验装置由241Am-Be中子源、锂玻璃探测器和BH1224多道谱仪组成.实验表明,热中子幅度谱峰区计数Y与0～54.7 mm的石蜡厚度D间存在较好的线性关系;对石蜡在0≤D≤54.7 mm测得的7点Y值进行线性拟合,源距r=5.5 cm时,斜率B最大,测厚准确度为2.5 mm.     

圆锥角对汽阳极AMTEC圆锥形蒸发器性能影响分析

为分析汽阳极碱金属热电转换装置(AMTEC)中圆锥角对蒸发器性能影响,建立了汽阳极AMTEC回流芯和圆锥形蒸发器稳态二维热工水力模型,研究了不同运行条件下不同圆锥角对蒸发器表面温度分布、空隙率和毛细极限等参数的影响。结果表明,圆锥形蒸发器较平板形蒸发器具有更大的蒸发面积和更高的表面蒸汽压力。当冷、热端温度分别为623 K和1123 K,电流为2.5 A时,15°圆锥角蒸发器表面蒸汽压力为35.29kPa,比平板形蒸发器高1.62kPa,但深圆锥形蒸发器较浅圆锥形蒸发器具有更大的毛细极限区,且在蒸发器表面中心处更易发生大面积冷凝;电流范围为1～2 A时,15°圆锥角蒸发器表面冷凝面积达7%～18%。因此在汽阳极AMTEC中推荐使用浅圆锥形蒸发器。