波形板干燥器内壁面液膜破裂临界条件的实验研究

对波形板干燥器发生二次携带现象的临界条件进行了实验研究。结合可视化实验台和平面激光诱导荧光法对波形板干燥器通道内壁面上自由下降液膜厚度进行了测量,并拟合了液膜厚度与液膜雷诺数的经验关系式,在此基础上研究了发生二次携带的临界条件。研究结果表明,横截面上下降液膜厚度不均匀,随液膜流量的增大,横截面液膜高度的极大值从边缘两侧逐渐向中心区域移动,液膜横截面的平均厚度随液膜下降而逐渐增大,且导致壁面液膜破裂的风速随液膜厚度的增大而减小。     

摇摆流动不稳定性的遗传算法优化神经网络预测

摇摆工况下自然循环系统的流动不稳定性现象对船用核动力系统的安全性有着显著影响。结合神经网络和遗传算法,对复杂不稳定性行为的预测进行了优化。采用小数据量法计算了流量时间序列的最大Lyapunov指数,得到了时间序列的最大可预测时间。应用单隐层BP神经网络对流量变化进行了多步滚动预测,在步数较少时预测结果与实验结果符合较好。但由于BP神经网络存在陷入局部最优解的问题,为此采用遗传算法对神经网络的初始阈值和权值进行优化,从而改善了BP神经网络的非线性预测性能。本文结果为流动不稳定性的实时预测提供了一种易于实际应用且准确度较高的途径。     

蒸汽发生器全尺寸汽水分离装置模型开发

汽水分离装置是核动力系统蒸汽发生器(SG)重要组成部分。目前针对汽水分离装置的研究包含试验与模拟两种方法,受限于成本和计算资源,现有研究主要是对汽水分离装置中单一旋叶式分离器或波形板干燥器开展。但在SG不同位置处分离器或干燥器入口参数不相同,存在负荷不均问题。为此,本研究基于已有分离器和干燥器分离效率计算模型,对汽水分离装置适当简化,开发SG全尺寸汽水分离装置模型。研究SG中不同位置处分离器和干燥器分离效率分布特性以及干燥器液滴负荷不均情况。计算结果可为SG汽水分离装置设计提供参考,开发的汽水分离模型已植入自主化SG全流域热工水力计算分析程序STAF。     

波形板汽水分离器内分离效率的影响因素分析

基于壁面液膜模型,进行无钩波形板汽水分离器内液膜生成情况的三维数值模拟,模拟中采用Realizable k-ε模型和壁面液膜模型对波形板内的气相和液相进行数值模拟计算,根据模拟结果分析波形板内的分离效率。研究结果表明：在不改变波形板的结构和不考虑二次携带的前提下,随进口速度或液滴直径的增加,壁面形成液膜面积和高度增加,分离效率也随之提高。当进口速度和液滴直径一定时,液膜高度和面积随蒸汽湿度的增加呈先增加后减小的趋势,当湿度达到10%时,液膜高度和面积达到最大,分离效率最佳。     

降膜流动行为的数值模拟研究

本文对降膜的流动行为进行了二维和三维的数值模拟。分析了不同雷诺数下降膜的液膜厚度、液膜速度、壁面剪应力。模拟结果与实验值以及理论模型的推导值进行了比较,吻合程度良好。模拟研究表明：三维模拟可再现降膜的表面波动,而二维模拟无法预测这种波动。三维数值模拟得到的瞬态结果也显示了表面波动对液膜速度和壁面剪应力的影响。     

基于概率神经网络的核动力装置异常运行工况识别方法设计

核动力装置结构复杂、运行参数多且耦合程度高,在异常运行工况时,运行参数之间存在极其复杂的非线性关系。采用人工方式进行故障诊断难度较大,亟需一种能高效识别异常运行工况类型的智能技术。概率神经网络（PNN）具有良好的非线性映射功能,适用于核动力装置多参数、强耦合情况下的异常运行工况识别。本文选取6种核动力装置异常运行工况,依托核动力装置事故分析平台进行了模拟计算并提取了特征参数。分别采用PNN与BP神经网络方法,在MATLAB环境中建立了异常运行工况识别模型,并进行了验证。结果表明,基于PNN的异常运行工况识别方法有效,且较传统BP神经网络方法更准确、快速。     

CAP1400蒸汽发生器汽水分离装置研究

汽水分离装置是蒸汽发生器中的主要部件,其性能不仅会影响蒸汽发生器水力循环特性及水位适用性,决定上部尺寸大小,而且会影响汽轮机的正常运行。对CAP1400核电厂蒸汽发生器汽水分离装置进行了不同蒸汽负荷、饱和水量及高水位和正常水位等试验工况下的热态性能试验,获得了SP3型初级分离器与P3X型干燥器组合随蒸汽负荷、饱和水量、水位变化的分离特性。通过初级分离器和干燥器的阻力测量,分别获得了分离器和干燥器的阻力特性,对CAP1400蒸汽发生器的设计研发起到支撑作用。     

蒸汽流速对旋叶式汽水分离器分离性能影响的数值模拟

基于两流体模型和雷诺应力湍流模型,在不同的入口流速条件下,对旋叶式汽水分离器的分离过程进行了数值模拟,分析了蒸汽流速对不同直径液滴分离过程以及壁面附近液膜或高液滴浓度弥散层的影响规律。研究表明,蒸汽流速对分离性能的影响与液滴直径有关,当液滴直径处于某一区域时,蒸汽流速对分离性能的影响较明显,蒸汽流速越大,分离性能越好;当蒸汽流速较低时,在分离筒壁面出现液相流体累积。     

窄矩形通道弹状流中液弹特性研究

气-液两相弹状流广泛存在于核动力工程中,弹状流中液弹特性对弹状流模型的建立具有重要意义。利用高速摄像系统,对竖直窄矩形通道内弹状流中液弹特性进行可视化研究。研究结果表明,窄矩形通道中稳定液弹可分为3个区域:先导气弹尾流区、主流速度分布恢复区和稳定速度分布区。先导气弹尾流区形成机理为先导气弹尾部液膜壁面射流过程。气弹在液弹中所处区域对其特性影响显著;主流为层流及过渡流态时,尾随气弹特性受先导气弹影响显著。在充分发展湍流工况下,液弹中近壁面处轴向速度趋于稳定所需距离等于最小稳定液弹长度Lmin;Lmin随气弹长度增加而增大,随两相雷诺数增加而减小,其变化范围为9 Dh~17Dh。     

原子核液气相变的动力学研究

在量子分子动力学的基础上,利用原子核发生碎裂时的碎块质量分布、密度涨落以及混沌动力学中描述混沌程度的最大Lyapunov指数,从动力学方面对原子核的液气相变及其在临界点的行为进行了较为全面的探讨。通过研究发现,在临界温度处,原子核发生最大的液气共存,密度涨落达到极大以及产生最大混沌构型。     

竖直波形板折角处液膜破裂研究

通过对曲线坐标系下2维边界层的纳维-斯托克斯（N-S）方程与连续性方程的推导，并结合定义无量纲量的方法，建立了液膜破裂模型，得出了一种波形板折角处的液膜临界破膜速度的理论计算方法；开展了液膜破裂实验研究，利用平面激光诱导荧光技术与图像处理方法分析了临界破膜速度与液膜厚度的关系。实验与模型计算结果均表明:波形板折角处的临界破膜速度与液膜厚度呈负相关关系；当液膜厚度相同时，波形板临界破膜结构参数越大，其临界破膜速度亦越大，利于气水分离效率的提高。      

不同壁面特性下液膜铺展性能数值模拟

液膜在安全壳表面的流动铺展性能对非能动安全壳冷却系统有重要的影响。采用三维数值模拟方法研究了降膜板表面形貌、接触角与液相雷诺数对液膜铺展性能的影响,并将结果与前人的实验和理论结果对比,吻合良好。研究发现,当降膜板为横向波纹板时液膜完全铺展时间、液膜厚度及界面湍动程度明显大于平板与纵向波纹板,此时波纹板波谷处会有循环流动产生。随接触角的增加或液相雷诺数的减小,液膜逐渐从完整流转变为片状流、溪流、滴状流。在纵向波纹板对液膜的导流与撕裂综合作用下,随接触角的变化,液膜的铺展性能与平板相比也发生较大的变化。     

压水堆乏燃料单棒冷却液膜流动特性实验研究

为避免在极端事故工况下,乏燃料水池会长期失去补水和冷却,第3代核电站如AP1000和CAP1400,引入了喷淋冷却系统。在喷淋条件下,乏燃料棒上液膜流动特性是影响冷却效果的重要因素,国内外学者还未对其做过详细的研究。本文使用光学法研究了在不同雷诺数(Re)条件下,对单根乏燃料棒进行喷淋冷却所形成的液膜厚度随时间和空间的变化。利用CCD相机采集液膜图像,并经过处理得到了清晰的液膜厚度图像和与图像吻合良好的数据。实验结果表明：当Re为608～7 538时,瞬态液膜厚度最大值出现在Re=7 085的条件下,其值为2.36 mm;随着Re的增加,时均液膜厚度会随之增加,并且液膜波动的振幅也会随之增加;在沿棒方向上,随着距棒顶距离的增加,液膜厚度会逐渐减小并趋于平稳,并且随着Re的增加,平稳部分会出现在距棒顶更远的位置。对乏燃料单棒冷却液膜流动特性的研究,为确定具有有效冷却能力的最小喷淋流量奠定了基础。     

竖壁冷态降液膜流动统计特性实验研究

对冷态降液膜在大平板上的流动特性进行了实验研究,运用电容式精密测微仪测定垂直降液膜的厚度,考察了在无蒸发情况下雷诺数对降液膜厚度和流量对液膜覆盖率的影响规律,得到平均膜厚经验关系式,并认为液膜在达到临界膜厚后,随流量增加只会使覆盖率增大而厚度几乎不变,发现同流量下接触角较小的平板上液膜覆盖率较大。     

基于二次携带现象的带钩波形板干燥器的计算分析

带钩波形板干燥器内的二次携带现象对其分离性能有重要影响.对波形板内二次液滴的来源进行了分析,采用Fluent计算软件,计算了带钩波形板干燥器的分离效率,并将理论计算结果与实验数据进行比较.结果表明,存在二次携带情况时,双钩波形板分离效率最优.     

新型高效汽液分离干燥器装置波纹板的制造

文章介绍了经大量试验研究,研制成功的新型高效汽液分离干燥器波纹板的制造。该研究成果已应用于国内现有核电蒸汽发生器干燥器,能满足设计和使用要求,该装置的成功研制除了适用核电领域,也可应用于火电系统及需要干蒸汽的化工及其他工业领域。     

非能动安全壳中降膜流动与波动特性数值模拟研究

基于非能动安全壳建立了1:45的简化的二维数值模型,在保持无量纲数不变的前提下,利用流体体积函数（VOF）模型捕捉气-液交界面,分析了不同雷诺数（Re）条件下的液膜铺展状况。通过与实验结果的对比,模拟结果能够较好地反映出实验结果中的液膜波动现象,且液膜厚度的变化与Re一致;竖壁降膜过程受多种力的综合作用,波动的液膜可以分成明显的层流底层与独立波两部分,层流底层流速较低而独立波沿流动方向移动较快,随着液膜的铺展,独立波之间发生碰撞和融合并加剧液膜的波动性;随着Re的增加,层流底层的液膜厚度及独立波的振幅都有所增加,同时波动性加剧。      

垂直下降液膜波动特性实验研究与谱分析

利用平面激光诱导荧光技术（PLIF）结合数字图像处理对不同Re下液膜厚度的实时变化进行测量。通过MATLAB内建功率谱密度计算函数对液膜波动的时间序列进行进一步的处理,获得了液膜波动特性的功率谱密度(PSD)曲线,对不同Re下的液膜波动规律进行了频谱分析。结果表明：液膜波动具有显著的多频特性,且各频率有优劣之分,孤立波数量虽少,却携带液膜波动的大部分能量,对液膜波动的贡献不可忽略。液膜波动幅度与Re有关并呈现出一定的规律性：小Re时,液膜的波动幅度与Re有强烈的相关性,随Re的增大而增大;中等Re时,液膜的波动幅度基本保持稳定;大Re时,孤立波的出现使液膜波动幅度急剧增大,液膜波动不稳定性增强。