组合阀流动阻力数值实验

组合阀的流动阻力是控制棒水压驱动系统设计的关键参数之一.利用计算流体力学软件 CFX-5.6 对组合阀进行数值模拟实验和三维流场计算,得到在不同差压下所对应的稳定流量,进而算出各流道阻力系数.通过比较流动阻力的计算结果,证实φ9阀的工作性能比φ6阀得到了提高.利用后处理工具分析φ9阀流道的流速、压力等流场分布特性,指出阻力损失的主要部分位于来水-侧壁-阀芯区这一段,并提出进一步的结构优化改进意见.     

自然循环系统流动-阻力特性理论和实验研究

通过实验研究发现,自然循环系统中自然循环流量与加热功率以及自然循环流量和系统总阻力之间分别存在关系:G~Q~m和Δp_t~G~q,分别定义m和q为流量-功率特征数和流动-阻力特征数。考虑自然循环系统局部阻力和沿程阻力的作用,采用拟合逼近的方法求解得到自然循环系统热工参数之间的近似解析关系,与实验结果吻合较好。研究表明,流量-功率特征数m与整个系统流动状态和阻力特性密切相关,是系统雷诺数Re和系统局部阻力系数和沿程阻力系数比值R_n的函数,且m随着R_n的增大逐渐减小。自然循环系统流动-阻力特征数与流量-功率特征数存在关系q=(1-m)/m,并得到实验验证。     

200MW低温堆主换热器阻力特性实验研究

通过1:2.33的实验模型,对大庆200MW低温核供热堆主换热器进行了水力学模拟研究。研究结果表明:当Re>5000时,换热器的阻力系数已进入自模区。给出了换热器达到自模时的阻力系数及各流程间的流动阻力分布。提出了减少出口段流动阻力的优化设计方案。阻力系数的设计值与模拟研究结果相吻合。描述了发生两次流量漂移现象时,各系统参数的变化过程。为大庆200MW低温核供热堆主换热器的最终设计提供实验基础。     

控制棒水压驱动步升过程流动阻力影响分析

控制棒水压驱动系统(CRHDS)是清华大学为NHR200发明的新型内置式控制棒驱动系统。组合阀是驱动系统关键的流量控制部件,其流动阻力对控制棒水压驱动机构的步进性能有重要影响。本文完成了驱动机构不同流动阻力工况步升过程性能试验,建立了驱动机构水压缸步升过程理论模型,得到了水压缸步升过程关键性能参数的动态变化曲线,理论结果与试验结果符合很好。在此基础上,利用模型分析了热态工况驱动机构水压缸变流阻步升动态过程。结果表明：随着流动阻力的增大,步升平均速度逐渐减小,步升时间、步升后压力迟滞时间和步升过程总时间均增大。研究成果为CRHDS组合阀流动阻力的设计和优化奠定基础。     

控制棒水压驱动步升过程流动阻力影响分析

控制棒水压驱动系统（CRHDS）是清华大学为NHR200发明的新型内置式控制棒驱动系统。组合阀是驱动系统关键的流量控制部件,其流动阻力对控制棒水压驱动机构的步进性能有重要影响。本文完成了驱动机构不同流动阻力工况步升过程性能试验,建立了驱动机构水压缸步升过程理论模型,得到了水压缸步升过程关键性能参数的动态变化曲线,理论结果与试验结果符合很好。在此基础上,利用模型分析了热态工况驱动机构水压缸变流阻步升动态过程。结果表明：随着流动阻力的增大,步升平均速度逐渐减小,步升时间、步升后压力迟滞时间和步升过程总时间均增大。研究成果为CRHDS组合阀流动阻力的设计和优化奠定基础。     

大庆200MW低温堆换热器水力学模拟实验研究

通过１∶２的实验模型，对大庆２００ＭＷ低温核供热堆主换热器进行了水力学模拟研究。研究结果表明：当Ｒｅ＞５０００时，换热器的阻力系数已进入自模区。给出了换热器达到自模时的阻力系数及各流程间的流动阻力分布。提出了减少出口段流动阻力的优化设计方案。阻力系数的设计值与模拟研究结果相吻合。描述了发生２次流量漂移现象时，各系统参数的变化过程。为大庆２００ＭＷ低温核供热堆主换热器的最终设计提供了实验基础。     

200MW低温堆主换热嚣阻力特性实验研究

通过1:2.33的实验模型,对大庆200MW低温核供热堆主换热器进行了水力学模拟研究。研究结果表明:当Re>5000时,换热器的阻力系数已进入自模区。给出了换热器达到自模时的阻力系数及各流程间的流动阻力分布。提出了减少出口段流动阻力的优化设计方案。阻力系数的设计值与模拟研究结果相吻合。描述了发生两次流量漂移现象时,各系     

摇摆运动下窄矩形通道单相瞬变流动时均阻力特性研究

对摇摆运动下窄矩形通道低流速单相瞬变流动时均阻力特性进行实验研究。实验工质为去离子水,窄矩形通道当量直径为5.39 mm,雷诺数范围为800～20000,瞬变流动流量相对波动幅度超过30%。通过2种方法计算得到摇摆运动条件下流动时均阻力系数。分析结果表明:使用不同的方法计算得出的时均阻力系数在层流区的变化规律不同,不同的方法表征不同的物理意义。若先根据达西公式求瞬时阻力系数再对其求时均值,该时均值表征时均粘性耗散;而采用先求压差、流速均值后再根据达西公式计算阻力系数时,该阻力系数表征时均摩擦阻力压降。     

整体针翅管流动阻力特性实验研究

对润滑油竖直纵向冲刷下的整体针翅管进行了阻力特性的实验研究.通过分析针翅管的翅高、节距和加工方向对针翅管阻力系数的影响,发现整体针翅管的流动阻力明显高于光管的流动阻力,不同结构参数的针翅管的阻力系数差别较大.在各影响因素中,翅高的影响占主导地位,阻力系数随着翅高的增加而成倍增加.由于三维翅片表面对流动的扰动和破坏,当润滑油的雷诺数达到200～300时,流动阻力曲线将发生转折.     

环形窄缝通道单相流动特性研究

对环形窄缝通道内单相流动特性进行了分析，提出了理论模型预测环形窄缝通道内单相流动阻力特性。根据该模型，对窄缝宽度分别为1.0、1.5、2.0mm环形通道内单相湍流流动摩擦阻力系数进行了理论计算，并与实验结果进行了比较。理论预测值与实验结果符合较好，且窄缝间隙大小对环形窄缝通道内流动特性有着重要影响，随着间隙的减小，摩擦阻力系数相应减小。间隙对流动阻力系数的影响还依赖于Re大小，其影响随Re的减小而降低。     

控制棒水压驱动系统冷态性能实验研究

控制棒水压驱动系统是清华大学为低温核供热堆NHR200发明的新型的内置式控制棒驱动技术,该驱动系统由水压驱动机构、组合阀、控制棒和缓冲器等组成。控制棒水压驱动系统冷态性能是控制棒步进时间和系统驱动压力选取的基础。本文分析了控制棒水压驱动系统的组成和工作原理,完成了全尺寸控制棒水压驱动系统冷态性能实验,包括水压缸最小落棒压力实验、提升缸带载步进实验和快速落棒实验等。在实验结果的基础上分析了关键特性参数的变化规律和机理。结果表明：最小落棒压力是保持驱动机构销爪正常工作所需的最小驱动压力,其对应于压力时程曲线上峰值波动过程的变化起点;步升和步降过程压力拐点分别对应位移到位点,随着驱动水压的增加,水压缸充压拐点压力逐渐增加,步升时间、充压拐点时间逐渐减少。实验研究成果为控制棒水压驱动系统的设计、优化和工程应用奠定基础。     

控制棒水压驱动系统落棒减速性能实验研究

控制棒水压驱动系统是清华大学为低温核供热堆发明的新型的内置式控制棒驱动技术,控制棒水力减速部件是水压驱动系统的关键部件之一,通过其对控制棒落棒过程进行减速,在保证落棒时间的前提下,降低控制棒快速落棒过程的冲击力。分析了水力减速部件组成和工作原理,确定了水力减速箱侧壁开孔方案,完成了不同开孔方案工况下控制棒水压驱动系统冷态落棒减速性能实验,在实验结果的基础上对比和分析了不同方案下的落棒减速机理和落棒过程特征参数随开孔方案的变化规律。分析结果表明:随开孔面积的增大,落棒时间逐渐减小,落棒峰值速度逐渐增大。在开孔面积大于0.004 m~2时,随开孔面积的增大,落棒峰值速度增大过程趋于平缓,落棒稳定速度和落棒延迟时间变化不大,控制棒触碰碟簧速度缓慢增大。实验研究成果为控制棒水压驱动系统落棒减速部件的理论建模和设计优化提供了基础。     

控制棒水压驱动系统落棒减速部件三维流场分析

控制棒水压驱动系统是清华大学为低温核供热堆研制的新型内置式控制棒驱动技术,控制棒水力减速部件是水压驱动系统的关键部件之一,在保证落棒时间的前提下,通过其对落棒过程进行减速,降低控制棒快速落棒过程的冲击力,避免控制棒十字翼的变形和损坏。本文分析了控制棒水压驱动系统落棒减速机理,利用CFD软件FLUENT对驱动系统水力减速箱流道进行了三维流场数值分析,并分析了对应不同落棒位置水力减速箱流道在不同边界条件下的流场分布特性。在流场分析结果的基础上计算得到了水力减速箱侧壁孔流道和底部缓冲腔流道流量系数随落棒位移的变化,将该结果与驱动系统落棒减速理论模型联立,获得了控制棒落棒位移曲线,理论计算结果同冷态落棒性能实验结果符合得很好,从而验证了流场分析结果的正确性,在此基础上分析了落棒过程减速箱内外差压和落棒速度与水力减速箱流量系数的关系,为控制棒水压驱动系统落棒减速部件的设计和优化提供了指导。     

组合阀步降流道三维流场数值分析

运用计算流体力学程序CFX对组合阀步降流道内三维流场进行了分析和计算,流道水力学特性计算结果与组合阀步降流道流动阻力实验结果符合良好。在此基础上,对流道内流速和压力分布进行了研究,结果表明:阀芯流道侧壁入口上端流体流速达到峰值,回零水腔内流体的流速分布均匀,流道内压力损失最大的部位处于入口流道竖管段与横管段之间,可通过增大管径或加缓变过渡段的方法来减少该部位的流动阻力损失。     

一体化反应堆扰动条件下自然循环特性研究

基于多冷却支路组成的一体化反应堆，推导了多支路自然循环流量的理论解；采用拟合逼近方法得到扰动系数（m），分析了自然循环系统的扰动特性；并以某型一体化反应堆为对象进行验证。结果表明:对于多个冷却支路组成的对称环路系统，当某个支路因排热能力变化发生扰动时，环路流量变化（扰动后稳态值/初值）与系统雷诺数（Re）及上升段与下降段阻力特性比值（R_r）有关；m与Re及R_r有关，并随R_r的减小而增大，且在扰动发生时，m越大，自然循环流量受到的影响越小，即m可以表征自然循环系统的抗扰动能力。      

不同参数对U型管式蒸汽发生器倒流影响的实验研究

在低流量强迫循环工况下,一部分U型管可能会发生流动反转的现象。通过实验研究了低流量强迫循环条件下一次侧入口温度、一回路总流速、电动调节阀阻力系数以及二次冷却水流量对U型管倒流临界点的影响。结果表明：随一次侧入口温度的增加,倒流临界流速增大;随一回路总流速的增大,倒流时U型管入口温度逐渐增大;从实验结果来看,电动调节阀阻力系数对倒流临界点的影响并不显著;随二次侧冷却水流量的增大,倒流临界流速缓慢下降。     

二维孔隙结构内单相流动阻力特性数值模拟

利用计算流体力学(CFD)商业软件CFX 10.0,采用标准k-ε、RNG k-ε以及SST模型3种不同的湍流模型,对矩形管内球形颗粒作2维有序排列所形成的孔隙流道的等温单相流动进行数值模拟,并与Ergun关系式预计值进行对比;探讨球形颗粒的排列方式、直径等对单相流动阻力的影响;研究矩形管内单位长度压降及阻力系数随孔隙雷诺数Re的变化规律(1.5≤Re≤1497)。     

喷射泵对自然循环过渡特性影响分析

分析了喷射泵在压水堆－回路自然循环过渡过程中的作用以及在不同流动条件下的阻力特性。分析结果表明：选择结构合理的喷射泵，可以改善压水堆一回路的过渡特性和自然循环能力；强迫循环条件下；压水堆一回路主循环泵有效压的损失随喷射泵阻力系数的增加而增加；自然循环条件下，喷射泵流动阻力系数影响压水堆一回路过度过程时间及自然循环流量的大小。为了改善压水堆一回路过度特性和提高一回路自然循环能力，可以采用无扩散段形式     

基于轮转电极的多电极电容式棒位测量传感器静态特性研究

电容式棒位测量传感器是200 MW低温核供热堆控制棒水压驱动系统的关键测量部件,其精度和可靠性直接关系到反应堆的安全性。本文基于有限元方法建立了电容式棒位测量传感器的理论模型,对两电极电容式棒位测量传感器检测场的灵敏度分布特性进行了分析。结果表明,在检测场内存在一个特定区域,被测杆向该区域偏移时偏心误差较小。基于该特性提出了多电极电容式棒位测量传感器的设计方案和轮转电极的电容检测方法,针对该传感器,利用有限元模型进行了传感器结构优化和被测杆偏心误差分析,完成了传感器静态特性实验并验证了模型计算结果。分析结果表明,多电极电容式棒位测量传感器与轮转电极的电容检测方法能有效利用检测场的灵敏度分布特性,优化后传感器的偏心误差能达到棒位测量不失步的要求。研究成果为电容式棒位测量传感器的设计和优化提供了新的方向。