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。       

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。     

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。     

核电站主给水文丘里流量计磨损和破损影响的数值研究

针对某核电站主给水文丘里流量计受高温高速的蒸发器给水冲刷产生的磨损和破损问题,通过建立三维模型,应用计算流体力学方法,对其磨损和破损进行定量计算和分析。结果表明：文丘里流量计上下游的缩放区磨损厚度为1 mm时,测得的流量将比实际值偏大不超过0.1%;磨损量为3 mm时,偏大最大达到了0.32%。当文丘里流量计喉部发生磨损,磨损厚度为1 mm时,各流量平台下,测得的流量将比实际值偏小接近2%;随着磨损量的增大,偏差进一步增大,磨损量为3 mm时,流量测量偏小最大达到了6.16%。当文丘里流量计喉部发生破损,汇入缝隙为1 mm时,测得的流量比真实值偏大10%左右;当汇入缝隙扩大到2 mm时,偏大增大到20%。主给水文丘里流量计喉部的磨损和破损对计量的影响较大,将影响蒸发器的水位控制,应该在制造和运行阶段予以重视。     

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。     

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。     

窄矩形通道临界流数值模拟

冷却剂通过细微裂缝泄漏的主要机理为临界流流动，准确预测临界流流量是实现破前漏（LBB）应用的关键。基于空化模型对窄矩形通道的临界流进行了数值模拟，探讨了表征气泡半径和气化核心密度的常数项（C）对于临界流的影响。结果表明，当C=1.25时模拟结果与实验值符合良好；在实验工况范围内，临界流质量流速的模拟结果与实验值的误差在±15%以内；修正后的空化模型可用于模拟计算上游温度、压力工况下的临界流质量流速以及归纳临界流流量变化规律。      

基于湿蒸汽测量的文丘里管结构优化设计方法

构建文丘里管湿蒸汽流动过程的CFD数值计算模型,对文丘里管内湿蒸汽流动过程进行研究,分析热工参数和文丘里管结构参数对湿蒸汽测量虚高系数的影响特性,获得基于湿蒸汽测量的文丘里管结构优化参数。     

湿蒸汽流量测量虚高模型的实验研究

加工不同喉径的文丘里流量计开展湿汽流量测量系统的实验研究,对一定工况参数范围内不同干度、流量的湿蒸汽流量进行实际测量。分析压力、L-M(Lockhart-Martinelli)参数、质量流量、喉径比对虚高系数的影响特性。     

扩散角对文丘里管内湍流影响的试验研究

为研究扩散角对文丘里管内湍流的影响,采用立体粒子图像测速技术分别对扩散角度为10°、12.5°、15°以及20°的文丘里管扩散段区域进行了测量,得到了平均速度分布,并通过瞬时速度场的统计分析得到了扩散段湍动能分布情况。研究表明,不同扩散角度的文丘里管扩散段内平均速度在截面直径方向成轴对称的单峰分布,湍动能在截面直径上成轴对称的双峰分布,在各试验工况下扩散段内均发生流动分离现象。随扩散角度增加,湍动能峰值增加,主流区径向宽度未发生变化,分离流区径向宽度增加,但对分离流区所占比例的影响较小,高湍动能区变宽;随着雷诺数的增加,湍动能峰值增加,主要由轴向雷诺应力引起,分离流区所占比例略有降低,但主流区和分离流区分布变化较小。此研究为高雷诺数不同角度的文丘里管流场研究提供了实验基础。      

Experimental research on aerosols collection performance of self-priming venturi scrubber in FCVS

The self-priming venturi scrubber is the key component of filtered containment venting system to removal radioactive products during severe accident in nuclear power plant. In this paper, the collection performance of aerosols in the venturi scrubber is researched with experiment. The results indicate that the retention performance is closely related to the operating conditions and structures, and this relation is more closely for the removal of particle size under 0.5 μm. The retention efficiency in a venturi scrubber increase with improving of both gas velocity and injection flow rate, and the influence of gas velocity on efficiency is more effective at low injection flow rate. The venturi scrubber with a long throat length or small diffuser angle performs excellent retention performance for small size aerosols. In condition of gas velocity higher as U_avg = 200 m/s and the sufficient injection flow rate, the retention efficiency maintains upon 99% for the aerosol that size range from 0.1 μm to 10 μm. The pressure loss of the venturi scrubber increase slightly with extending the length of throat, and also with reducing diffuser angles. The removal efficiency is usually at the expense of the energy loss, while the higher aerosol retention efficiency corresponds to bigger pressure loss.     

管径和气体入口条件对淹没过程的影响

通过实验研究了管径和气体入口条件对竖直管内淹没和流向反转的影响。实验结果表明,当气体入口阻力减小时,在一定的条件下,淹没开始点所对应的气体流量会大大提高。气体入口为直角时,管径不同对淹没开始点无影响。气体入口为喇叭口形时,管径对淹没开始点有影响。气体入口条件对全部携带点无影响,但管径对全部携带点有影响,管径越小全部携带点所对应的J_8值越大。管径及气体入口条件对流向反转点均无影响。气体入口条件对减少气流量的淹没消失点无影响,但管径不同对淹没消失点有影响。     

水平管冷凝流动不稳定性分析

通过搭建水平管模型,采用RELAP5程序模拟计算了冷凝管内冷凝流动不稳定性现象,程序计算的稳定性边界与Bhatt理论稳定性公式计算结果符合良好。瞬态分析结果表明,冷凝管内气体压力与两相段长度不匹配是造成冷凝流动不稳定性的主要原因,进而引起冷凝出口流量震荡。冷凝管参数影响分析表明,更小的流动管径与更大的流通截面积有助于冷凝流动稳定,而入口流量的影响则相对复杂。     

非均匀加热蒸发管内两相流动不稳定性数值分析

针对蒸发管非均匀加热工况,采用包含水平、倾斜上升、垂直上升和垂直下降流动的优化内螺纹管,建立了基于均相流模型的蒸发管数学模型,采用时域法模拟了蒸发管内两相流动不稳定性。计算了不稳定发生时,进口流量在各时间点的数值,并与Siemens公司的计算结果进行了对比,结果符合良好,表明本文采用的数学模型和数值方法在模拟两相流动不稳定性上具有一定的可靠性。分析了系统参数对两相流动不稳定性的影响,并与均匀加热工况进行了比较。结果表明:非均匀加热工况系统参数影响规律与均匀加热工况具有相似性,增加进口压力或进口流量系统的稳定性提高;减小进口阻力系数或增大出口阻力系数系统的稳定性降低。     

Experimental and theoretical study of the gas-water two phase flow through a conductance multiphase Venturi meter in vertical annular (wet gas) flow

Annular gas-liquid two phase flow widely occurs in nuclear industry. Various combinations of techniques have been employed in annular gas-liquid two phase flows to measure the flow parameters (e.g. liquid film thickness, gas volume fraction and the phase flow rates). One of the most useful techniques which has proven attractive for many multiphase flow applications is the electrical conductance technique. This paper presents an advanced conductance multiphase Venturi meter (CMVM) which is capable of measuring the gas volume fractions at the inlet and the throat of the Venturi. A new model was investigated to measure the gas flow rate. This model is based on the measurement of the gas volume fractions at the inlet and the throat of the Venturi meter using a conductance technique rather than relying on prior knowledge of the mass flow quality x. We measure conductance using two ring electrodes flush with the inner surface of the Venturi throat and two ring electrodes flush with the inner surface of the Venturi inlet. The basic operation of the electrical conductance technique in a multiphase flow is that the conductance of the mixture depends on the gas volume fraction in the water. An electronic circuit was built and calibrated to give a dc voltage output which is proportional to the conductance of the mixture which can then be related to the water film thickness in annular flow (and hence to the gas volume fraction). It was inferred from the experimental results that the minimum average percentage error of the predicted gas mass flow rates (i.e. −0.0428%) can be achieved at the optimum gas discharge coefficient of 0.932.     

核承压热交换器两相流流致振动现象研究

为保障核承压热交换器的安全运行,采用数值模拟以及软件计算相结合的方法,对核承压热交换器两相流流致振动现象及减振措施进行了探究。研究结果表明:基于流致振动发生机理,热交换器横流速度、固有频率、卡门旋涡脱落频率以及紊流抖振频率为重点分析因素;由公式得出流量、换热管直径、换热管壁厚、管束排列等对流致振动有直接影响,无支撑跨距是影响管束流致振动较大因素;最易发生流致振动的部位包括入口区域、出口区域、折流板缺口区域以及无支撑跨距大管束;设计中,应在流量、换热管直径、壁厚、无支撑跨距、管束排列及入口防冲挡板设置等方面优化,以减小流致振动危害。     

环形通道内再淹没过程骤冷前沿推进速度实验研究

骤冷前沿推进速度是衡量失水事故中再淹没过程堆芯冷却效率的重要参数之一。本文通过实验研究了竖直环形通道内骤冷前沿的推进特性,获得初始壁温、入口温度、入口质量流速及加热功率对骤冷前沿推进速度的影响。实验结果表明,骤冷前沿推进速度随初始壁温、入口温度和加热功率的增加而减小,随入口质量流速的增加而增加。      

套管直流蒸汽发生器流动不稳定性研究

由于两相流不稳定性在实际应用中的重要性，许多学者对其本质进行了大量的研究。本文从基本的守恒方程出发，建立了1套完整分析套管直流蒸汽发生器流动不稳定性的数学计算模型。此模型采用均相流和相间热力学平衡假设，并考虑了管壁的蓄热。此模型还被用于研究系统压力，质量流速，进口过冷度，进、出口节流和内、外径之比对流动不稳定性的影响。