密度锁启动过程中传热特性的实验研究

分别在无扰动以及扰动大小不同的实验情况下,对密度锁启动过程中的传热特性进行了实验研究.研究结果表明,密度锁能抑制热量下传.根据传热情况,密度锁内过渡区可分为强分层、弱分层和无分层3种情况.强分层和弱分层情况下,密度锁都能有效地阻止热量下传,且强分层向下传热量更小.而在无分层情况下热量连续不断地从密度锁传出,导致密度锁失效.     

密度锁内无扰动时稳态温度场分析

实验模拟了密度锁内无扰动时稳态温度场分布。结果发现,稳态温度分布曲线上存在一个温度分层结束点;它是导热层与恒温层的分界,只有当温度分层结束点在密度锁内才能有效地抑制传热。应用半无限大平板导热模型、一维等截面直肋稳态导热模型和Fluent流体计算软件对无扰动时稳态温度场分布进行了理论计算。结果表明,半无限大平板导热模型是计算密度锁内无扰动时稳态温度场分布和温度分层结束点位置的最佳方法。     

密度锁界面下方稳态温度场的实验研究及分析

本文通过实验模拟了密度锁内分层界面下方流体稳态温度场分布,发现这部分流体的稳态温度分布曲线存在一个升温结束点,它是导热层与恒温层的分界,只有将升温结束点控制在密度锁内才能有效地抑制传热.本文建立了一个能够描述该部分流体稳态温度分布的数学模型,通过该模型可以给出升温结束点的位置.它为优化密度锁高度提供了理论依据.     

密度锁内流体稳态传热模型的建立

根据温度场的特点,将密度锁分为混合区、导热区和恒温区,并分别进行建模。用该模型对密度锁进行稳态传热计算,并与实验结果进行对比。结果表明:本工作建立的稳态传热模型能较好地计算出密度锁内的温度场。研究建立了密度锁的热损失量计算式,并对热损失量最小值的情况进行了讨论。     

密度锁内稳态分层特性的实验研究

通过可视化观察方法,对3种不同实验管内的冷热流体分层特性进行实验研究,同时,根据界面力的平衡条件,对密度锁内分层的稳定性进行了分析。稳态工况下,密度锁内冷热流体间存在一界面层,且界面层内具有较大的温度梯度;界面层的稳定性受温度交界面处的扰动速度及界面层内温度梯度的影响,稳定的界面层对阻止冷热流体搅混具有积极作用。另外,对实验管内有无隔板情况进行分层特性对比实验,表明密度锁内的蜂窝通道不但有利于界面层的稳定,且有利于界面形成位置的控制。     

密度锁内分区模型研究

通过实验研究流速对密度锁内温度场和分层的影响,并建立了分区模型。研究结果表明:密度锁可分为混合区、分层区和恒温区,其中分层区又可分为强分层与弱分层,分层界面则位于混合区与分层区之间。此外,本文还将密度锁内温度场分为5类,其中第2类温度场最好,是密度锁正常工作时的最佳选择。     

密度锁栅格结构对分层稳定特性影响

对密度锁内流场进行理论分析和实验观察,研究了栅格结构对密度锁分层稳定特性的影响.结果表明:在无分层时,密度锁内为涡旋流动;有分层时,涡旋被限制在分层上方,涡旋与分层相互作用,直至达到平衡;无栅格时,密度锁存在多个平衡点,分层容易从一个平衡点过渡到下个平衡点,很难稳定;有栅格时,分层能较快地达到平衡点,且由于栅格增强了能...     

密度锁内分层界面的作用分析

进行了冷态和热态实验,结合理论分析研究了密度锁的抗扰动机理。冷态时,流体流动产生的压力差引起了密度锁中各通道流体的大环流运动;热态时,密度锁内分层界面的形成对大环流运动起到了阻碍作用。结果表明:由于压力差作用,密度锁内分层界面向一侧倾斜产生重位差;当压力差与重位差相平衡时,大环流运动被阻止,流体达到分层平衡。     

小通道振荡导致密度锁失效研究

对密度锁内小通道振荡现象进行实验研究,发现密度锁失效是由于某一小通道内的分层界面在振荡过程中超出栅格,从而在小通道间形成循环所致。通过理论分析,提出3种解决方法:改变通道管径、减小通道间压差和扰动均匀化,以此为依据设计密度锁结构并进行实验进行验证。结果表明:改变通道管径只有在振荡界面通过管径变化处时才起作用;减小通道间压差的方法则需增加密度锁长度;扰动均匀化是最佳方法,可有效地减弱振荡幅度。     

密度锁内水力平衡特性分析和实验研究

通过简化的理论模型,分析得出在反应堆正常运行工况下,密度锁处于"关闭"状态时必须满足的水力平衡条件,并对影响该条件的主要参数进行分析.结果表明:密度锁内的水力平衡在一定范围内具有自稳定的特性.同时,建立模拟实验同路,对该特性进行实验验证,针对稳态运行过程中主回路内工质流量改变的工况进行实验研究.实验结果表明:当运行参数的变化打破水力平衡后,依靠自稳定特性,能够很快恢复密度锁内的水力平衡,而不会影响密度锁的封闭性和反应堆的正常运行.     

密度锁自平衡启动特性的实验研究

以应用密度锁的非能动余热排出系统为背景,结合实验研究和理论分析,对密度锁自平衡启动的运行特性及可行性进行研究。结果表明：自平衡启动可分为关阀预热和开阀平衡两个阶段,在这两个阶段内能分别实现密度锁“关闭”所必需满足的两个条件,达到隔离非能动余热排出回路与主回路的目的。在关阀预热阶段,密度锁借助其特殊结构,有效地控制了传热方式转变点的位置,促进了热/冷流体交界面的形成;在开阀平衡阶段,借助其水力平衡的自稳定特性,有效地控制了热/冷流体交界面的移动,建立了密度锁内的水力平衡。所得结果充分证明了自平衡启动方法的可行性。     

不凝性气体对高温锂热管传热特性的影响研究

热管作为一种具有高热导率的传热装置,工作核心在于其内部工作流体的蒸发和冷凝。若热管工作过程中气腔内存在不凝性气体,主流区中蒸气和不凝性气体在对流运动的作用下将一起移动到气-液分界面,不凝性气体的存在阻碍了工作流体在气-液交界面处的正常冷凝。本文基于热阻网络法添加了不凝性气体区域传热模型,研究了不凝性气体对高温锂热管稳态传热特性的影响。结果表明,热管达到稳态时不凝性气体的存在缩短了热管的有效传热长度,破坏了热管的等温性和良好的传热效率。此外随着不凝性气体体积份额的增大,不凝性气体区域温度降低幅度越大;随着热管蒸发段输入功率的增大,热管正常工作区域整体温度越高,相同质量的不凝性气体占据的体积份额越小,热管壁面温度出现明显温度梯度降低的位置随着功率升高而向下游移动。     

Dynamic Response of Hot/Cold Liquid Interfaces to Pump Speed Perturbations in a Thermal-Hydraulic Loop Simulating a PIUS-type Reactor

The operation of a PIUS-type reactor requires controlling the reactor pump speed to keep stationary the hot/cold liquid interfaces between the reactor coolant and cold borated water. The dynamic response of the interface location to pump speed perturbations is analyzed for an experimental loop simulating a PIUS-type reactor. The transfer function between the pump speed and the interface location is obtained by perturbing and Laplace-transforming the one-dimensional fluid momentum equations. The analytical results agree well with experimental data taken from the same facility. It is shown that the magnitude of the phase lag in the response of the interface location, which needs to be considered in designing a pump speed controller, primarily depends on the fluid inertia in the loop, the density lock flow area, and the density difference between the simulated reactor coolant and borated water.     

密度锁启动特性实验研究及计算验证

以基于密度锁的非能动余热排出系统（PRHRS）为研究背景,实验验证了密度锁自平衡启动方案的可行性。结果表明：主回路流量接近平衡流量启动PRHRS时,密度锁内冷热流体温度分界面将在不平衡力作用下向上或向下移动,减小或增大了余热排出回路重位压差,使密度锁内冷热流体温度分界面在新的位置达到受力平衡,最终实现密度锁的自平衡启动,以及余热排出回路与主回路的隔离。依据一维连续性方程、能量方程及动量方程建立数学模型,用Matlab语言编程,对密度锁启动过程进行了数值模拟分析,证明了密度锁自平衡启动方案合理、有效。计算值与实验值符合较好,用该程序可较好地模拟密度锁自平衡启动过程中系统的瞬态运行特性。     

棒束子通道湍流交混特性的数值模拟研究

为了提高核反应堆系统的经济性和安全性,本文采用CFD方法对棒束子通道间湍流交混效应进行研究。对子通道建模,选取SST k-ω模型进行计算,完成了网格敏感性分析。采用类比浓度计算法与间隙湍流热流法对湍流交混系数进行计算。计算结果表明：雷诺数较小时,单相湍流交混系数随雷诺数的增大而增大;当雷诺数达到一定值时,单相湍流交混系数近似为定值;采用类比浓度计算法与间隙湍流热流法计算所得的湍流交混系数无太大差别。本文拟合得到了适用于单相工况的湍流交混系数计算公式。     

Experimental investigation on heat transfer characteristics in a safety injection nozzle component in PWR

Thermal fatigue is a potentially significant degradation mechanism in Nuclear Power Plants (NPP). For the fatigue analysis, the thermal load information about components must be determined firstly. In this paper, an experimental study was carried out to obtain local fluid temperatures and local heat transfer coefficients for the safety injection nozzle component in reactor coolant system (RCS). In this mixing tee component a hot jet issues into a cold cross-flow stream from an oblique pipe and the turbulent mixing of two fluids induces local cycling stresses on the adjacent piping wall. Experiments were performed using a special-made heat fluxmeter, which can measure the mixed fluid temperature close to the wall and the heat transfer coefficient between the fluid and the wall. Plexiglass and metallic 1/9-scale mockups were manufactured for flow visualization and heat transfer tests, respectively. All tests were conducted at range of 0–40 for the jet-to-cross-flow velocity ratio. The flow visualization test has obtained general pattern of the flow and identified sensitive zones in the component where the jet and cross-flow interact intensively to cause thermal fatigue more possibly. In the heat transfer test, heat fluxmeters were positioned in the wall at these sensitive zones. The measurement results of temperatures and heat transfer coefficients have been discussed in detail in the paper. These experimental results allow us improving the state of knowledge of the thermal load to be used in the industrial mixing tees in operating for long lifetime assessment and for the design in the basic Nuclear Power Plants.     

窄缝矩形通道单相流动及传热实验研究

以垂直向上窄缝矩形通道内去离子水为流动介质,对单相等温流动及恒热流密度条件下的单相传热进行了实验研究.结果表明,窄缝矩形通道内的单相等温流动特性及单相传热特性并未偏离常规尺度通道内的相关规律,采用经典理论解或关系式能获得较好的预测结果.