低压自然循环系统中的流型实验研究

在5MW低温供热堆热工水力学实验台架HRTL-5上,以水为工质,进行了低压自然循环两相流流型及流型对密度波不稳定性影响的实验研究。结合可视化观察,利用局部差压信号进行流型鉴别。提出了Sr数可以很好地鉴别不同流型,具有明确的物理意义。描述了系统压力为1.5MPa,0.24MPa及0.1MPa下不同工况的流型,认为在1.5MPa工况下发生低干度密度波不稳定时,流型为泡状流,无流型转换,在流型为泡状流向间歇流过渡区时不会引起密度波不稳定。分析了常压稳定闪蒸时上升段出口的流型。在低温供热堆全参数、全尺寸模拟系统中,进行两相流流型的分析研究,对充分认识低温供热堆中各种工况下的流动形态提供了直接的有价值的成果。     

低压自然循环系统流动闪蒸过程流型研究

本文采用高速摄影和网格电导传感器对低压自然循环系统垂直上升段内闪蒸诱发的两相流流型演变开展研究。针对不同的流动状态,分别给出了稳定和不稳定两相流动条件下上升段内的流型种类。基于上升段内流体温度沿轴向的变化规律,确定流体温度沿轴向位置的转折点为闪蒸发生的起始位置。采用无量纲过冷数和闪蒸数,对低压自然循环系统的流动状态进行了划分;在入口过冷数小于12、闪蒸数介于4～5之间时,系统处于稳定的两相自然循环流动状态。     

低压自然循环系统流动闪蒸过程流型研究

本文采用高速摄影和网格电导传感器对低压自然循环系统垂直上升段内闪蒸诱发的两相流流型演变开展研究。针对不同的流动状态,分别给出了稳定和不稳定两相流动条件下上升段内的流型种类。基于上升段内流体温度沿轴向的变化规律,确定流体温度沿轴向位置的转折点为闪蒸发生的起始位置。采用无量纲过冷数和闪蒸数,对低压自然循环系统的流动状态进行了划分;在入口过冷数小于12、闪蒸数介于4～5之间时,系统处于稳定的两相自然循环流动状态。     

开式自然循环系统出口排热管内流型演化研究

开式自然循环系统作为新型非能动余排系统最终热阱排放回路,其安全稳定运行对于事故工况下堆芯余热安全导出至关重要,本研究通过可视化实验方法观察了开式自然循环系统出口排热管内流型演化特性,发现随着加热功率增加,开式自然循环逐步建立,该系统出口排热管内依次出现单相流、间歇性汽泡流、弥散泡状流、弹状流和间歇喷射流5种典型流型,分析了出口排热管内流型与系统稳定运行之间的关系,发现了开式自然循环系统剧烈振荡的根源,为提高开式自然循环系统流动稳定性提供了参考。      

自然循环系统中的单相摩擦压降实验研究

自然循环系统因其简单可靠而在很多工程中得到广泛应用。自然循环流量一般较低,其流动特性比高流量的情形复杂得多。因此,自然循环中的压降计算是人们关心的一个课题。 在一个自然循环系统中进行了摩擦压降实验。水自下而上或自上而下流过直径D=3.9、4.07     

开式自然循环系统不稳定性实验研究

核电站非能动安全系统依靠自然循环将热量导出,然而系统中的驱动压头、流动阻力、流量等相互影响,容易引发流动不稳定性,导致流动沸腾临界热流密度大幅降低,带来安全问题。因此,流动稳定性是自然循环热力系统的重要研究对象。本文以开式竖直加热圆管为实验本体,通过实验和物理建模的方法,研究了自然循环条件下管内间歇沸腾现象和流动不稳定特性。研究结果表明：随着热流密度的升高,系统将经历初始状态、低频脉动、高频脉动和稳定的自然循环四个阶段。基于实验数据,建立了不稳定边界的预测模型,预测值和实验值符合良好,误差在±10%内。     

开式自然循环系统启动特性实验研究

对开式自然循环系统的启动过程进行了实验研究,并详细分析了不同加热功率和不同入口过冷度条件下系统出现的实验现象和流动特性,最后给出了自然循环系统在启动过程中的流动不稳定性边界图。结果如下:在低加热功率下,随着入口过冷度的减小系统会依次经历单相稳定、两相振荡和两相稳定流动;增大加热功率会使系统的两相流动不稳定范围增大,甚至很难形成稳定的两相流动。在两相振荡阶段,系统会出现由闪蒸诱发的不稳定流动以及由沸腾喷发和闪蒸共同诱发的不稳定流动两种模式,这两种不同模式的流动不稳定性均属于密度波不稳定性。     

细长自然循环系统流动不稳定性实验研究

以水为工质,在常压下对拥有细长回路和较长水平段的自然循环系统进行可视化实验研究,并以典型的实验现象（ P =1.46 kW）为例分析该系统的瞬态运行特性和不稳定性机理。结果表明：阻力系数较大的细长自然循环回路难以产生有效的单相自然循环,只能通过间歇性沸腾和两相流动将热量导出。这是因当回路阻力较大时,过冷沸腾产生的驱动力无法驱动回路产生有效的自然循环,而只有当加热段内流体发生饱和沸腾时才能驱动系统产生循环流动。较大的回路阻力和沸腾过程中产生的系统降压闪蒸是细长自然循环系统难以维持稳定的流动驱动压头从而产生间歇性沸腾和强烈流动不稳定性的根本原因。     

自然循环系统中喷射泵特性的实验研究

在自然循环系统中安装喷射泵并进行了实验研究，研究结果表明，强迫循环时，喷射泵工作特性受回路影响较大，同时，调节冷，热段密度差可改变喷射泵在回路中的工作范围。为避免引射支路出现倒流现象，在实验及分析基础上提出自然循环系统中设计安装喷射泵的一些建议。     

低压自然循环系统流量漂移及平行通道的不稳定性研究

利用STEADY-LHTR程序,对清华大学核能技术设计研究院所设计的200MW核供热堆的两相流动系统的稳定性、并联通道流动不稳定性的现象作了描述和机理分析。对200MW核供热堆自然循环系统流动特性作了大量的分析计算,计算结果以表图形式给出。计算结果表明,①200MW核供热堆自然循环的流量随堆芯入口温度的升高而稍有增加。②额定设计工况下,反应堆的自然循环系统有很好的流动稳定性。③在额定压力2.0MPa下,堆芯入口温度接近155℃时,自然循环系统可能出现莱迪内格不稳定及平行通道不稳定流动。     

低压自然循环系统流量漂移及平行通道的不稳定性研究

利用STEADY-LHTR程序,对清华大学核能技术设计研究院所设计的200MW核供热堆的两相流动系统的稳定性、并联通道流动不稳定性的现象作了描述和机理分析。对200MW核供热堆自然循环系统流动特性作了大量的分析计算,计算结果以表图形式给出。计算结果表明,①200MW核供热堆自然循环的流量随堆芯入口温度的升高而稍有增加。②额定设计工况下,反应堆的自然循环系统有很好的流动稳定性。③在额定压力2.0MPa下,堆芯入口温度接近155℃时,自然循环系统可能出现莱迪内格不稳定及平行通道不稳定流动。     

低压自然循环复合流量脉动实验研究

在低压流动沸腾不稳定性实验中,研究了自然循环流动在不同入口过冷度下的演化过程。对实验中的流动沸腾不稳定性入口流量信号进行快速傅里叶变换,基于振幅和频率特性区分了3种流动脉动模式:小幅流量脉动、复合流量脉动和逆流。分析了加热功率和入口过冷度对自然循环不稳定性的影响。根据加热段出口水温变化得到了出口的流型变化,当流量波动振幅较小时加热段出口流体始终是饱和状态,而当流量波动振幅较大时,加热段出口为单相液体和两相混合物交替通过。给出了这3种流量脉动的边界图,分析了热流密度和入口过冷度对流量脉动模式的影响。结果表明:出口含气率大于0时发生流动不稳定性,热流密度达到间歇干涸型临界热流密度时发生逆流。     

低压自然循环复合流量脉动实验研究

在低压流动沸腾不稳定性实验中,研究了自然循环流动在不同入口过冷度下的演化过程。对实验中的流动沸腾不稳定性入口流量信号进行快速傅里叶变换,基于振幅和频率特性区分了3种流动脉动模式：小幅流量脉动、复合流量脉动和逆流。分析了加热功率和入口过冷度对自然循环不稳定性的影响。根据加热段出口水温变化得到了出口的流型变化,当流量波动振幅较小时加热段出口流体始终是饱和状态,而当流量波动振幅较大时,加热段出口为单相液体和两相混合物交替通过。给出了这3种流量脉动的边界图,分析了热流密度和入口过冷度对流量脉动模式的影响。结果表明：出口含气率大于0时发生流动不稳定性,热流密度达到间歇干涸型临界热流密度时发生逆流。     

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。     

一维开式自然循环系统分析程序的实验验证

基于华龙一号非能动安全壳热量导出系统（PCS）综合性能实验装置实验结果,对采用基于漂移流模型开发的华龙一号PCS程序（PCS?NCCP）进行验证,对比分析了设计工况及非设计工况下PCS?NCCP程序计算值与实验值之间的误差。结果显示,所开发的PCS?NCCP程序能模拟PCS的排热能力、稳态运行特性和动态响应特性,程序计算值能很好地跟踪实验的趋势和幅值变化,绝大部分计算误差落在±20%范围内,验证了PCS?NCCP程序的准确性。     

低压,低干度自然循环系统两相流动特性

在大型热工水力学实验回路ＨＲＴＬ－２００上，以水为工质，在压力１．０￣４．０ＭＰａ加热功率２７￣２４０ｋＷ，入口欠热度５￣８０℃，加热段出口质量含汽率小于５％的实验参数范围，研究了系统压力，加热功率，冷却剂入口过冷度及人口阻力等对低压，低干度自然循环系统的两相流稳定流动及不稳定流动特性的影响。实验结果表明上述参数对循环流量，流动稳定区及流动振荡特性均具有影响。所进行的实验研究，参数范围包括了２００     

加热功率对低压低高差自然循环系统两相流动特性影响研究

对浮动式核电站中一类具有倾斜热管段的低压低高差自然循环系统的两相流动特性进行了实验研究,分析了加热功率对两相流动特性的影响。结果表明,不同功率条件下系统存在两相稳定冷凝和伴随蒸汽冷凝诱发水锤两相振荡2种流动模式,热管段内过冷水倒流和蒸汽与低温过冷水直接接触冷凝是导致2种流动模式的内在机制。此外,蒸汽冷凝诱发水锤的发生会产生较大压力脉冲,并导致过冷水倒流长度显著增加,进而加剧系统流动不稳定。进一步研究表明,加热段出口含气率可以作为流动不稳定判断依据。      

开式自然循环系统启动特性研究

针对开式自然循环系统启动特性进行了实验研究。实验表明:不同加热功率下,开式自然循环系统会经历不同的流动演化过程。低加热功率下,系统经历单相循环、喷泉不稳定,最终演化为闪蒸不稳定;中等以及高加热功率下,系统依次经历单相循环、喷泉不稳定和沸腾伴随闪蒸不稳定后,分别演化为稳定的汽液流动和密度波振荡。导致启动过程流动演化的主要原因是随着加热管入口水温的升高,管内沸腾现象持续增强,上升段内闪蒸现象则先增强而后减弱,两者相互作用,导致系统流量、相变位置及空泡份额等发生明显变化。最后,绘制了开式自然循环启动过程的无量纲化流动不稳定区域分布图,并拟合得到了喷泉不稳定及闪蒸主导的不稳定起始边界的经验关系式,拟合结果与实验结果符合良好。     

低压高过冷度下自然循环流动不稳定性实验研究

对具有长直上升段的自然循环系统,开展了流动不稳定性实验研究。同时,详细分析了低压、高入口过冷度条件下典型的流动不稳定现象。实验表明：自然循环系统的结构、流体的热边界条件会影响自然循环的运行特性及流动不稳定性类型。较高入口过冷度下,高热流密度导致系统脱离稳态后,很难重新回到稳定的两相自然循环流动状态。随着热流密度的提高,系统会经历间歇沸腾、复合动态流动不稳定性等状态。依据实验结果得到了高入口过冷度下的不稳定性边界图。在两相振荡期间,自然循环驱动压头和回路阻力的主要影响因素集中在长直上升段和加热段。加热段出口积聚的大量气泡对上、下游流体的强烈挤压作用是流量大幅振荡及逆流的主要原因。