小型核动力装置自然循环运行特性分析

本文以小型一体化自然循环反应堆为研究对象,用RELAP5/MOD3.2对反应堆系统、中间回路及二回路系统进行建模,对反应堆单双环路切换及偏环路运行时反应堆的自然循环运行特性进行数值模拟研究。计算结果表明:在反应堆自然循环运行工况下,进行单双环路切换及偏环路运行时,堆芯能重新建立稳定的自然循环。双环路切换至单环路后,堆芯出口温度降低,堆芯自然循环平衡流量降低但仍大于初始值的1/2;单环路切换至双环路运行时,堆芯流量、温度均与双环路稳定工况的一致;偏环路运行时故障环路循环流量降低,正常环路自然循环流量升高,堆芯总流量降低的数值为二者之差。     

非对称条件下铅冷双环路自然循环系统抗扰动能力分析

自然循环铅冷快堆热交换器服役在高温、高压差、高密度和高腐蚀的恶劣环境下,易诱发传热管破裂和堵流事故,导致反应堆非对称热负荷或非对称阻力运行,对反应堆的安全稳定运行具有重要影响。本文以铅冷双环路自然循环系统为研究对象,采用无量纲分析方法,推导双环路系统自然循环流量理论解;分别开展不同负荷差或阻力差下自然循环系统扰动特性分析,采用拟合逼近的方法建立表征自然循环抗扰动能力的特征参数,并获得最佳抗扰动区间。研究结果表明,当系统引入一定的热负荷扰动和阻力扰动后,环路流量变化不大,此时系统抗扰动能力较强。      

超临界压力下自然循环的稳定性研究

针对典型的超临界压力下自然循环回路,建立模型,分别采用基于延拓的非线性数值算法和基于频域法的matlab程序计算并判断回路的静态和动态稳定性;使用无量纲相似准则数对加热段入口温度、回路当量直径及加热段进出口局部阻力进行了参数效应分析。结果表明:静态不稳定主要发生在加热段入口温度较低的工况;回路当量直径和加热段出口局部阻力对静态稳定性影响不显著;而增大加热段入口局部阻力提升静态稳定性;动态不稳定主要发生在加热功率较高的工况,增大加热段入口局部阻力或在一定范围内增大直径可以提高回路动态稳定性;增加加热段出口局部阻力降低回路动态稳定性。使用抽样方法,在回路系统参数的可能选取范围内,综合研究了回路参数对稳定性影响,在无量纲参数空间表示计算结果,分别得到无量纲参数空间内的静态不稳定域和动态不稳定域。     

矩形回路铅铋自然循环稳定性研究

为了对矩形回路铅铋自然循环流动稳定性进行分析，得到影响自然循环流动的因素及其作用规律，采用时域法，开发一维系统程序FRTAC对铅铋自然循环进行数值计算，分析处理动态时序判定其稳定特性，获得了铅铋自然循环在相关工况条件下的稳定域与稳定性边界、铅铋自然循环回路的流动稳定性特性，以及影响因素与规律。研究表明，增大回路加热段长度会使系统的稳定性增强，而增大流道直径以及冷热段心位差均会使系统稳定性裕量降低，稳定性减弱。     

矩形回路内超临界二氧化碳自然循环实验研究

为认识超临界二氧化碳自然循环基本特性,开展超临界二氧化碳在简单矩形回路内自然循环特性的实验研究,研究系统压力和冷热段流体温差对自然循环流量的影响,分析回路结构对自然循环特性的影响。结果表明:循环流量存在峰值;峰值点前,随加热功率增加流量快速上升,峰值点后流量变化平缓;在本试验参数条件下未观测到流动不稳定现象;压力对循环流量影响与亚临界自然循环类似,压力越高循环流量峰值越大,回路冷热段温差对循环流量影响较大;加热段出口流体温度接近拟临界温度时,很小的回路温差变化即可引起循环流量较大变化;加热段布置方式对超临界二氧化碳自然循环流量变化特性影响较大,对回路稳定性的影响需要进一步进行实验验证。     

对称双环路倾斜条件下自然循环特性研究

通过理论分析和实验对倾斜条件下多回路传热系统自然循环特性进行研究。实验在一对称双环路自然循环回路上进行,利用海洋工况模拟实验台实现倾斜条件。理论分析与实验结果符合较好。研究结果表明,在一定热负荷下,倾斜使总循环流量低于倾斜前,而冷、热管段温差则高于倾斜前。由于上、下联箱内流体存在密度差,在倾斜条件下将产生垂直于主循环驱动力方向的附加驱动力,使流体产生沿外环流动的趋势,并最终导致支路循环的不平衡性;缩短换热器间距离、增大换热器与加热段距离可以降低倾斜导致的支路不平衡性。     

多重耦合自然循环载热系统瞬态特性及其热工水力解耦

多重耦合自然循环载热系统热工水力具有流动换热耦合和回路间耦合的特点,本文采用理论分析结合数值计算的方法对自然循环的建立时间、流动方向及多重耦合自然循环系统的热工水力解耦等问题进行了研究。提出了自然循环载热系统瞬态流动的理论模型,该模型能预测自然循环建立时间、流动衰减等现象,模型计算结果与数值计算结果吻合。初始流速为零的自然循环流动方向与系统的加热及冷却设备布置位置有关,垂直布置换热面使系统具有固有循环流动方向。具有初始流速的自然循环系统,即使换热面垂直布置,初始反向流速超过临界流速后也可使自然循环系统流动方向发生翻转,从而使系统在与固有循环流动方向相反的方向运行。提出了多重耦合自然循环载热系统热工水力的简单解耦计算方法,能快速对多重耦合自然循环载热系统热工水力进行分析计算,理论分析和计算结果均表明,以水为工质的自然循环回路载热能力近似与冷热源温差的1.5次方呈正比。     

超临界水热力系统的稳定性的简化模型分析

针对超临界水热力系统建立了简化模型,采用微扰动线性化及Laplace变换,对热力系统的非线性守恒方程进行线性化处理,建立了传递函数;用无量纲的次拟临界数和过拟临界数建立了稳定边界图;考察了一些重要参数对系统稳定性的影响.研究结果表明,系统在拟临界点附近存在不稳定区域;增大系统入口阻力或流体入口速度均有利于系统稳定,而增加加热段长度和重力加速度均不利于系统稳定.     

高压水在管內表面沸騰时的临界热负荷

用內径为6毫米的不銹鋼管,在100和140大气压下,測定了水在管內表面沸騰吋的临界热負荷值。管子通直流电加热,加热段长度为100毫米。整理实驗数据,得到了描写临界热负荷和流速、欠热度的关系的經驗公式,并同国外作者的实驗結果作了比較。文中还对所用的实驗迴路、測量仪表和实驗方法作了描述。     

两相自然循环稳定性无量纲频域分析研究

基于一维均相平衡模型，导出系统无量纲特征方程，采用频域分析方法，开发了一个通用性程序，研究两相自然循环中流动不稳定特性。程序能直接求解自然循环回路的无量纲稳定边界，计算结果与所得到的实验数据吻合良好，并讨论了各参数对系统稳定性的影响。     

Stability analysis on single-phase natural circulation in Argonne lead loop facility

One-dimensional linear stability analysis was performed for single-phase lead–bismuth eutectic (LBE) natural circulation. The Nyquist criterion and a root search method were employed to find the linear stability boundary of both forward and backward circulations. It was found that the natural circulations could be linearly unstable in a high Reynolds number region. Increasing loop friction makes a forward circulation more stable, but destabilizes the corresponding backward circulation under the same heating/cooling conditions. The characteristic wavelength of an unstable disturbance is roughly equal to the entire loop length.     

Nonlinear analysis for a double-channel two-phase natural circulation loop under low-pressure conditions

On the basis of the homogeneous flow model and Galerkin nodal approximation method, this study adopts the methodology in [Nucl. Eng. Des. 192 (1999) 31] to develop a nonlinear numerical model for a double-channel two-phase natural circulation loop. The calculated steady-state results provide a reasonable agreement against the experimental data in the high power region but overestimate in the low power region under both equal-heating and unequal-heating conditions. Nonlinear dynamics and stability boundary of the double-channel boiling natural circulation loop are also analyzed. Two unstable regions, type-I and type-II instabilities, are found in this system. Complex channel-to-channel interactions coupling with loop dynamics may occur in the double-channel natural circulation loop. For the equal-heating system, out-of-phase oscillations may prevail under the operating conditions that the gravitational pressure drops are very highly dominant, such as low subcooling and low power conditions. However, in-phase oscillations may exist in the medium to high power regions, where two-phase frictions are relatively important. For the unequal-heating system, the heating power difference between two channels may drive the system more unstable both in type-I and type-II regions. The two unequal-heating channels exhibit in-phase oscillation mode, instead of out-of-phase in the equal-heating system, at low subcooling and low power conditions. In addition, parametric effects on the stability are also evaluated in this study.     

ADS铅铋自然循环热分层现象研究

为保障加速器驱动的次临界系统（ADS）的安全,采用计算流体力学分析方法,对ADS铅铋自然循环热分层现象进行数值模拟。研究结果表明：铅铋自然循环中,热分层最严重的区域存在于变温段,且在回路中热分层状态不同。回路温差较大时,流速提高,热分层现象较明显。回路管径较大时,流速降低,热分层现象不明显。流速较低时,局部区域热分层现象趋于消失;流速较大时,最大温差截面温差加大。     

带喷射泵系统中自然循环过渡特性实验研究

将喷射泵引入与反应堆一回路系统相似的自然循环系统中，进行了实验研究，研究结果表明：安装喷射泵不仅可以提高系统自然循环能力。而且还可以改善系统自然循环过渡特性，系统初始流量和喷射泵的带流比对过渡过程的初期影响较大，加热段加热功率对整个过渡过程的影响都很显著，但加热段入门温度的影响并不明显。     

400 MW低温供热堆功率调节系统仿真研究

随着日益增长的居民供暖需求,以及对环保的重视,核能供热以其显著减排、供热量大、安全性高的优点,对保护环境、减少污染、缓解燃煤需求等具有积极意义。通过以400 MW低温供热堆一回路中间热交换器为仿真边界,依回路建立各部件的数学模型,基于Matlab/Simulink软件平台建立上述模型的仿真模型。通过设置功率阶跃适应负荷变化,研究低温供热堆控制系统调节能力及一回路负荷跟踪能力。仿真结果表明：低温供热堆一回路功率调节系统跟随负荷变化调节性能良好,控制系统对反应性扰动的响应良好,对于以后设计低温供热堆的运行方式,可考虑负荷运行。     

Two-phase instability analysis in natural circulation loops of China advanced research reactor

In this paper, two-phase flow instability in natural circulation loops of China Advanced Research Reactor (CARR) has been investigated. CARR is a low pressure and low power density research reactor. A natural circulation instability analysis model is developed for the natural circulation loop of CARR. The homogeneous flow model is used to establish the system control equations. The non-uniform heating and subcooled boiling heat transfer is included. The accumulation heat of the wall is also included. Numerical method of Gear is employed to solve the system equations documented in terms of ordinary differential equations. According to the calculation results, stability maps of the natural circulation loop, which confirm the presence of an instability region under the conditions of low equilibrium quality in the outlet and low pressure, are obtained. It is a special kind of density wave oscillation (DWO) that occurs in very low equilibrium quality region with the characteristics of geysering and ‘Type-I’ DWO at the same time. The calculation results show such oscillation course clearly. The variations of the mass flow rate, the pressure drop and the boiling boundary are analyzed separately. Especially, the phase-space trajectory of the boiling boundary and the mass flow rate is discussed. Finally the oscillation frequency is discussed. The calculated results have important significance for the safety operation and accidental analysis of CARR.     

低功率条件下低高度差开式自然循环流动模式研究

开式自然循环系统广泛应用于能源和化工领域。在一些特殊条件下,低高度差自然循环系统应运而生,但目前研究并不充分。本文采用蒸汽加热方式,对这类的低高度差开式自然循环系统在低功率水平下的流动模式进行了实验研究,并对其流动模式以及存在物理现象进行了详细的分析。研究发现,在不同功率水平下,因受不凝性气体和过冷沸腾的影响,该自然循环系统主要存在4种流动模式。最后,对不同流动模式转变点的加热段进出口温度进行分析,结果表明加热段出口温度可作为系统流动模式的判定依据。      

自然循环闪蒸不稳定诱发的水击现象实验研究

针对开式自然循环闪蒸不稳定诱发的水击现象进行了实验研究。结果表明,在部分闪蒸不稳定工况下,上升段内闪蒸起始点快速周期性地上下移动,导致系统下部水平段内饱和温度周期性变化,进而诱发该处流体周期性快速汽化和冷凝,其中急速冷凝过程导致气相体积急剧收缩和环绕的水体猛烈撞击,进而诱发水击现象。同时通过实验绘制了此类水击现象区域,并分析得到了相应的边界条件。另外分析了加热段出口温度、上升段高度、入口过冷度和加热功率以及不凝气体等因素对水击现象的影响,为开式自然循环系统的设计提供了依据。