基于RELAP5的LOCA喷放阶段下降段内CCFL特性研究

反应堆失水事故（LOCA）后下降段通道内形成的两相逆流状态极有可能引发汽-液逆向流动限制（CCFL）,不利于应急冷却水顺利进入堆芯,极大影响了核反应堆系统的安全性能。本研究基于RELAP5程序采用Wallis溢流关系式对UPFT实验装置进行建模并计算LOCA喷放阶段的下降段注水行为;通过对比下腔室蓄水量、下降段内压力及破口处蒸汽流量瞬态变化以验证模型的有效性,并对下降段通道内汽相速度场、液相体积分数分布特性进行分析。结果表明,由于下降段通道结构的三维特征引起的流动不均匀性影响了汽-液CCFL特性,随着蒸汽流量增大,在破口环路与下降段连接区域的压力梯度与向上流速度梯度越大,较少节点的划分方法很难真实反映下降段通道局部区域内汽-液溢流关系;在靠近破口的环路内注入的冷却水更难到达下腔室,而在远离破口环路的冷却水容易进入到下腔室;过热的蒸汽在流动过程中被冷却水冷却发生凝结现象,导致出口蒸汽流量小于进口蒸汽流量,且随着进口蒸汽流量的增大,凝结效应则随之减小。本研究所建立的模型与方法能够适用于LOCA喷放阶段下降段通道内的汽-液CCFL预测。      

CAP1400反应堆压力容器下降段内气-液逆向流试验研究

为研究真实工况下CAP1400反应堆压力容器下降段气-液逆向流现象,以CAP1400为原型,搭建压力容器下降段高度和直径比为1:1、60°切片的试验台架。试验工质为空气和水,试验研究了不同安注(DVI)供水量、不同气量的气-液两相流动和应急堆芯冷却剂(ECC)旁通现象。试验结果表明,DVI供水量相同时,随着供气量的增加,气-液逆向流现象明显,当质量流速达到4kg/s及以上时,安注水不能全部进入堆芯;Kutateladze经验关系式和UPTF经验关系式都与试验结果存在较大偏差,不适用于CAP1400压力容器下降段试验;基于试验数据,拟合了新的经验关系式,且通过比较有无DVI挡块的试验数据,验证了DVI挡块可以降低ECC旁通水量,增强安注能力。     

蒸汽发生器一级汽-水分离器性能数值研究

采用计算流体力学(CFD)方法,应用欧拉双流体模型对核电厂蒸汽发生器(SG)一级汽-水分离器性能进行模拟.研究循环倍率、叶片升角和叶片轴向位置等因素对压降、分离效率和蒸汽湿度的影响规律.计算结果表明:对所计算的叶片,压降随着叶片升角的增加逐渐减小;叶片升角在30°时,分离效率最好且出口蒸汽湿度最小,存在一个最佳的叶片轴向位置.     

压水反应堆蒸汽发生器泄漏监测系统优化研究

为了优化蒸汽发生器泄漏监测系统性能,分析了放射性物质在二回路和蒸汽发生器内的迁移规律,建立了蒸汽发生器传热管发生破损后炉水和主蒸汽管道内放射性核素的计算模型,获得了利用排污水和主蒸汽管道两测点数据计算蒸汽发生器传热管破损部位和泄漏率的方法,并利用蒙特卡罗法仿真排污水γ能谱,确定了排污水放射性探测器的类型。     

蒸汽发生器二次侧流动PIV实验研究

基于一个可视化蒸汽发生器模化实验装置,并利用2D的示踪粒子测速方法(2D-PIV)获取了其二次侧相应测点流场图。观察直管段区域的横向流动现象并描述其机理。实验还对比了在冷热2端不同给水比例和不同功率负荷下速度场的差异,发现在冷热两端非均匀的给水方式(1:4)相比于均匀给水方式,直管段区域的横向流动现象有所减弱。     

直流蒸汽发生器稳态流动沸腾实验研究

一体化压水堆通常采用直流蒸汽发生器,对直管直流蒸汽发生器在稳态条件下的流动沸腾特性进行了理论分析和实验研究,理论分析采用更为细致的两相区分区段计算模型,在两个不同的工况下进行了流动沸腾实验,结果证明了理论计算模型的合理性和可信性。     

新型蒸汽发生器综合性能实验研究

由于蒸汽发生器中流动及传热的复杂性,目前华龙一号ZH-65型蒸汽发生器不能完全通过理论计算进行设计,其性能是否满足设计要求必须通过开展相应的实验予以确认。本文利用中国核动力研究设计院的蒸汽发生器综合实验装置对新型蒸汽发生器开展综合性能实验研究,以验证ZH-65型蒸汽发生器二次侧自然循环性能和总体性能。通过稳态实验研究,获得了蒸汽发生器不同功率负荷下二次侧出口蒸汽压力、蒸汽产量、出口蒸汽湿度、循环倍率、给水组件阻力、汽水分离器压降等关键热工参数,全面验证了蒸汽发生器静态工作特性。本文还对蒸汽发生器瞬态工作特性进行了深入研究,获得了蒸汽发生器阶跃条件下的运行特性,获得的实验数据表明,华龙一号ZH-65型蒸汽发生器完全满足设计要求。     

快堆蒸汽发生器大泄漏钠-水反应计算

采用一维特征线方法建立了快堆蒸汽发生器单管发生双端断裂情况下 ,水从破裂传热管流出的泄漏率计算模型和钠 水反应气泡从球状到柱状的变温绝热生长模型。根据断裂处氢气压力变化 ,并考虑管内流体的压缩性建立了水的泄漏率模型。对分别发生在单相水区 ,单相蒸汽区和两相汽水混合区的大泄漏钠 水反应进行瞬态计算和定性分析。结果说明 ,传热管不同位置发生泄漏对二回路造成的影响不同     

AC600蒸汽发生器水室挡板的设计与模拟试验研究

设计了进口接管７孔挡板和出口接管３孔锥形挡板，按“变体”相似理论设计水力模型和模拟试验体，以水为工作介质进行了冷态模拟试验，获得了１０条局部阻力系数与雷诺数的关系曲线，据试验结果进行的计算和分析表明，与５５／１９Ｂ型蒸汽发生器相比，设置了７孔型进口挡板和三孔锥形出口挡板使ＡＣ６００蒸汽发生器一次侧的压降增大约１４％。     

骨架发热多孔介质内单相水流动传热实验研究

针对骨架发热多孔介质内单相水流动阻力和传热特性开展了实验研究,拟合获得骨架发热多孔介质内热态流动阻力和对流换热关系式。实验参数范围是:雷诺数Re取127～394,表面热流密度12～62 kW/m2。实验结果表明:在本文研究的孔隙有效雷诺数范围内,惯性项阻力系数Rf受流动参数影响;基于骨架发热条件下获得的阻力关系式具有较好的扩展性,可以较好地预测骨架不发热条件下多种几何结构的多孔介质通道内单相水、单相蒸汽流动阻力;随着表面热流密度增大,对流换热系数不断降低;在相同热流密度条件下,随着质量流速的增大,对流换热系数也会随之增大。     

Investigation of Sweepout Mechanism and Critical Void Height in Annular Downcomer

The APR1400 (Advanced Power Reactor 1,400 MWe) has adopted the direct vessel injection (DVI) in lieu of the conventional cold leg injection for its emergency core cooling system (ECCS). In this reactor, sweepout from the water surface by gas (vapor or air) flow plays an important role in analyzing the mass and momentum transfer in the reactor downcomer of multidimensional geometry during a loss-of-coolant accident (LOCA) by decreasing the water level in the downcomer. The core water level will tend to decrease rapidly if a considerable amount of the entrained water stream and droplets bypasses through the break. The amount of entrained water is mostly determined by the interacting gas flow rate, the geometric condition, and the interfacial area between the gas and the water. The sweepout is observed to take place in three rather distinct steps: the beginning of undulation, the full wave and the wave peak (droplet separation). In view of these observations we investigated the relation between the gas flow rate and the amount of bypass as a function of time. The current experimental results shed light on the flow mechanism and the semi-empirical relations for the three-dimensional sweepout in a large-diameter annulus such as the reactor downcomer. A physico-numerical model is being developed to predict the multidimensional bypass flow rate resulting from the sweepout and entrainment in the downcomer.     

快堆燃料组件少孔式管脚替代方案水力实验研究

工程中广泛应用的多孔式管脚在流动特性调节、加工精度方面存在一定缺陷。本文提出了少孔式管脚替代方案,通过水力实验,对比研究了多孔式与少孔式两类管脚的阻力系数分布、流量与压降对应关系等流动特性。结果显示：ø12.0 mm的少孔式管脚与ø6.2 mm的多孔式管脚具有几乎相同的流动特性,均满足设计需求,本文提出的少孔式管脚替代方案可行;少孔式管脚具有更高的流动特性调节效率。本文给出了管脚阻力系数与其结构尺寸间的经验关系式,可供相关实验或工程参考。     

压水堆冷却剂下降段温度对中子探测的影响分析和修正研究

为研究压水堆功率运行条件下压力容器冷却剂下降段的水介质层温度变化对堆外中子注量率测量结果准确性的影响,分析了下降段水介质厚度和温度与泄漏热中子注量率的关系。结果表明,下降段水介质厚度或温度变化大于一定值时,反应堆堆外测量得到的中子注量率需要修正。结合堆物理和热工理论,进一步提出了一套工程可参考的修正方法。     

脉冲堆余热导出安全性实验研究

实验研究了脉冲堆余热导出的安全性,给出了停堆后燃料芯体温度和堆水池散热能力随时间变化的实验数据及其分析方法和结果.实验及其分析结果表明,脉冲反应堆余热导出是安全的.     

Experimental and Analytical Investigation of the Fast Reactor Passive Shutdown System: LIM

To enhance the inherent safety of the fast reactors, the lithium injection module (LIM) is proposed for inherent ultimate shutdown instead of conventional scram rod. LIM is composed of a refractory metal envelope in which 95% enriched ⁶Li is enclosed. In case the core outlet temperature exceeds the melting point of the freeze seal, ⁶Li is injected by a pneumatic mechanism from the top to bottom chamber to achieve negative reactivity insertion. This concept is attractive because the actuator has no moving parts and depends on the reliable physical property. In this paper, experimental and analytical verification of the LIM performance are presented. Real-time monitoring of LIM during reactor operation has been discussed as well.     

脉冲堆稳态堆芯脉冲运行实验研究

对脉冲堆进行稳态堆芯脉冲运行实验,并对实验结果进行了分析.分析结果表明,在西安脉冲堆原设计的稳态堆芯布置方式下进行脉冲运行是安全可行的.通过实验,获得了脉冲堆稳态堆芯脉冲运行的相关参数,并与理论计算结果进行了比对,分析了二者的偏差.     

Experimental investigation and CFD validation of countercurrent flow limitation (CCFL) in a large-diameter PWR hot-leg geometry

ABSTRACT

Countercurrent flow limitation (CCFL) is a phenomenon that consists of several flow patterns occurring simultaneously which produces a complex gas/liquid interface and interfacial momentum transfer, thus making it one of the most challenging two-phase flow configurations for computational fluid dynamics (CFD) validation. Numerous experimental investigations have been carried out in recent years regarding this, but most of those investigations were performed in small-diameter pipes or in non-pipe geometries (rectangular cross sections). A review of these experimental investigations has shown that the scale and geometry of the test section has a large impact upon the onset and characteristics of the CCFL. In order to provide a better understanding of this phenomenon in an actual pressurized water reactor (PWR) hot-leg geometry at a relatively large-diameter and scale, a test facility with a ～1/3.9 scale and a 190 mm inner diameter was constructed. Experiments were carried out at atmospheric pressure using water and air. High-speed recording was used to acquire high-quality images of the air/water interface. CCFL mechanisms, flow patterns, and the limits of the onset of CCFL and deflooding were experimentally identified. CFD simulations of two representative cases were carried out and assessed against experimental results. The analysis of the CFD simulations has provided insights into the improvements necessary for the accurate simulation of CCFL in large-scale geometries.     

快堆燃料组件棒束通道内流动和传热现象分析与研究

利用三维计算流体力学软件CFX 12.0对由7根带螺旋状定位绕丝的燃料棒组成的快堆燃料组件典型棒束通道内的流动和传热现象进行了数值模拟。模拟得到不同Re下的压降系数曲线与Nu曲线,并将计算结果与经验公式的计算结果进行了比较,两者符合较好。研究了组件内3类典型子通道的横向流交混效应,分析了3类典型子通道的横向流分布特点,发现角子通道横向流交混强度沿轴向波动较大,而3类子通道的横向流交混强度均存在周期性。研究了中心燃料棒壁面上3个截面的局部换热效应,发现在燃料棒与绕丝接触处传热效果最差,在事故分析时应重点关注。     

AP1000次级汽水分离器分离性能及结构优化的数值研究

建立AP1000次级波纹板汽水分离器内两相流动的数学模型,随后数值模拟波纹板内的两相流动,并分析其分离性能。进而对波纹板结构进行优化,得到具有较高分离效率和较低流动阻力的新型波纹板。首先分别建立波纹板内部蒸汽相和液滴相运动的数学模型。然后通过自编程序与Fluent软件耦合对该两相流动模型数值求解。随后得到波纹板进出口总压降,并通过模拟液滴在波纹板内的运动轨迹,得到波纹板的分离效率和内部液滴湿度分布。进而以分离效率和流动压降为目标优化波纹板结构,设计得到具有较高分离效率和较低流动阻力的新型波纹板。本文提出的数值模拟方法对汽水分离器结构的设计和优化具有较强的指导意义。