海洋条件对浮动式核电厂事故后自然循环特性影响研究

基于自主开发的海洋条件系统分析程序RELAP5/MC,研究了倾斜、摇摆海洋条件对浮动式核电厂全船断电事故(SBO)后系统自然循环特性的影响。研究结果表明,对于具有一次侧非能动余热排出系统(PRHR)的浮动式核电厂,PRHR冷凝器在海洋条件下的响应受稳压器波动流量、蒸汽发生器并联热阱的影响,与二次侧PRHR在海洋条件下的性能有较大的差异;稳压器和回路间的流量交换对左舷环路的冷却能力影响较大。     

简谐海洋条件下堆芯冷却剂系统自然循环能力分析

应用海洋条件下堆芯冷却剂系统运行状态的仿真数学模型 ,使用MathCAD进行编程 ,开展了左右摇摆海洋条件下堆芯冷却剂系统自然循环能力的分析。研究结果表明 :在左右摇摆海洋条件的影响下 ,反应堆中的各种参数均发生了与摇摆相对应的振荡 ,并且在幅值上发生了变化。堆芯流量和堆芯总功率的下降说明 ,左右摇摆的海洋条件对堆芯冷却剂系统自然循环能力有很大影响 ,总趋势是使自然循环能力有所下降     

AC600二次侧非能动余热排出系统应急给水箱注水启动自然循环过渡特性研究

对ＡＣ６００二次侧非能动余热排出系统应急给水箱注水启动自然循环过渡特性进行了分析,研究了系统阻力、应急给水箱水温、系统压力、空气冷却器放置方式、初始流量、应急给水箱液位及系统冷、热芯高差对应急给水箱注水启动自然循环过渡过程特性的影响。实验结果分析表明：该启动方式是可行的。     

AC600二次侧非能动余热排出系统应急给水箱注水启动自然循环过渡？…

对ＡＣ－６００二次侧非能动余热排出系统应急给水箱注水启动自然循环过渡特性进行了分析,研究了系统阻力,应急给水箱水温,系统压力,空气冷却器放置方式,初始流量,应急给水箱液位及系统冷,热芯高差对应急给水箱注水启动自然循环过渡过程特性的影响。实验结果分析表明：该启动方式是可行的。     

重水堆停堆工况下单相自然循环热阱有效性分析

对重水堆核电厂停堆冷却剂丧失强迫循环后,单相自然循环热阱的有效性进行了计算分析。通过分析发现,每环路内一台或两台蒸汽发生器可用时,主热传输系统都可以建立稳定的自然循环,排出堆芯热量。一台蒸汽发生器可用时,两燃料通道内包壳由于冷却条件的不同有温差存在。在同一堆芯衰变功率水平下,主系统内自然循环流量受环路内可用蒸汽发生器数量影响较小。     

摇摆条件下海上浮动堆全厂断电事故分析

为研究海洋条件对海上浮动堆全厂断电事故后的事故进程及非能动安全系统运行特性的影响,通过建立海洋条件加速度场模型,基于RELAP5程序开发获得了适用于海上浮动堆的系统分析程序,并对程序进行了实验验证。利用所开发的程序通过建立双环路海上浮动堆及二次侧非能动余热排出系统的计算模型,开展了不同摇摆运动参数下海上浮动堆全厂断电事故的计算分析。计算结果表明,船体的横摇运动可加快全厂断电事故后浮动堆系统压力和温度的下降速度,堆芯余热能够被二次侧非能动余热排出系统有效导出;但横摇运动会造成事故后堆芯自然循环流量的显著降低,引起一回路系统和非能动余热排出系统中自然循环流量的大幅度振荡及周期性倒流。本文计算结果可为海上浮动堆非能动安全系统的设计提供参考。     

核反应堆非能动余热排出系统分析

本文提出了一种适用于船用核动力装置的非能动余热排出系统的方案设计。该系统利用三个回路的自然循环，把余热排到最终热阱。利用RETRAN02程序，结合陆奥堆的参数，对该系统余热排出能力进行了计算，并分析了影响余热排出能力的几个关键因素。     

中国先进压水堆非能动余热排出系统稳态特性研究

系统研究了中国先进压水堆非能动余热排出系统稳态特性,共取得237组试验数据。根据实验数据分析研究了系统压力、系统冷热芯位差、系统等效阻力系数、风速对两相自然循环流量和系统余热排出能力的影响。在理论分析的基础上,得到了两相自然循环稳态流量关系式。将试验数据与计算结果进行比较,有95%的试验结果在±16%的相对误差范围内。分析结果表明,影响冷热芯位差阈值的主要参数是系统状态参数(系统压力、阀门形状阻力系数)和系统边界条件(空气入口温度、烟囱高度),由此得到了两相自然循环系统冷热芯位差阈值关系式。稳态特性研究表明,中国先进压水堆核电站非能动余热排出系统具有堆芯2%额定功率的自然循环能力。     

摇摆条件下两环路自然循环回路特性分析

在海上小型堆设计中,需要考虑海洋运动条件对热工水力特性的影响。本文建立了海洋运动条件下的附加惯性力模型,并将该模型应用于RELAP/SCDAP程序中,得到了适用于海洋运动条件下的系统分析程序,利用修改后的RELAP5程序,分析了在摇摆条件下自然循环回路的热工水力特性。分析结果表明,摇摆条件下,自然循环回路的平均流量小于静止条件下的自然循环流量,环路流量波动滞后于横摇运动,冷却水温波动滞后于环路流量波动,摇摆幅值越大,频率越高,流量波动幅值越大。当摇摆较剧烈时,环路上出现倒流现象。增加加热功率或提高冷热源之间高度差可增加系统的自然循环驱动力,减小横摇运动对自然循环的影响。     

反应堆内局部自然循环对非能动余热排出的影响

为研究反应堆堆内局部自然循环对非能动余热排出的影响,利用改进的RELAP5/MOD3.2程序对核动力装置及非能动余热排出系统进行数学建模与理论研究,并利用试验数据进行了校核。研究表明：在核动力装置自然循环运行条件下,由于反应堆上封头旁流及反应堆入口漏流通道的存在,在反应堆活性区、上封头、环腔及下腔室之间构成了局部自然循环流动现象;在主回路自然循环能力较弱时,堆内产生的局部自然循环流动占优,反应堆衰变热无法顺利带出。     

Experimental study on convective heat transfer of water flow in a heated tube under natural circulation

This paper reports on an experimental study on transitional heat transfer of water flow in a heated vertical tube under natural circulation conditions. In the experiments the local and average heat transfer coefficients were obtained. The experimental data were compared with the predictions by a forced flow correlation available in the literature. The comparisons show that the Nusselt number value in the fully developed region is about 30% lower than the predictions by the forced flow correlation due to flow laminarization in the layer induced by co-current bulk natural circulation and free convection. By using the Rayleigh number Ra to represent the influence of free convection on heat transfer, the empirical correlations for the calculation of local and average heat transfer behavior in the tube at natural circulation have been developed. The empirical correlations are in good agreement with the experimental data. Based on the experimental results, the effect of the thermal entry-length behavior on heat transfer design in the tube under natural circulation was evaluated.     

海洋条件下自然循环蒸汽发生器U型管内倒流特性研究

当压水堆处于自然循环工况时,蒸汽发生器U型管内可能发生倒流现象,导致一回路流动阻力增大、自然循环流量降低,为反应堆安全运行带来不利影响。基于RELAP5程序建立了海洋条件下的附加力模型及控制体空间坐标求解模型,对蒸汽发生器所有U型管进行建模和节点划分,计算了海洋条件下蒸汽发生器内U型管的倒流临界质量流量及进出口压差,最后分析了3种海洋条件对U型管内流体倒流的影响。结果表明,倾斜条件下有可能会改变倒流现象;而在航行过程中可能遇到的起伏条件都无法改变倒流现象;当摇摆条件比较剧烈时有可能改变倒流现象。      

Heat transfer model of single-phase natural circulation flow under a rolling motion condition

Experimental studies on heat transfer characteristics for single-phase natural circulation flow under a rolling motion condition are performed. Experiments with and without rolling motions are conducted so that the effects of rolling motion on natural circulation heat transfer are obtained. The experimental results show rolling motion enhances the heat transfer. The heat transfer coefficient of natural circulation flow increases with the rolling amplitude and frequency. A modified Reynolds number that considers the influence of the acceleration is employed to express the effect of heat capacity. Using experimental data, an empirical equation for the heat transfer coefficient under a rolling motion condition is obtained. The calculated results agree with the experimental data.     

非能动余热排出系统数学模型研究与运行特性分析

利用某型核动力装置非能动余热排出系统1:10原理性试验的8个稳态工况、6个启动工况的试验数据,验证RELAP5/MOD3.2程序对本类型非能动余热排出系统的适用性。结果表明:垂直管内蒸汽凝结换热系数对两相流自然循环的流动与传热影响大;RELAP5/MOD3.2程序过低估算了垂直管内蒸汽流速对蒸汽凝结换热系数的影响,计算结果与试验结果偏差大。对RELAP5/MOD3.2程序垂直管内的蒸汽凝结换热模型进行修正,修正后的计算结果与试验值基本吻合;采用RELAP5程序对垂直管内两相流自然循环传热进行计算,须选择热前沿跟踪模型。对非能动余热排出系统的稳态与瞬态运行特性进行分析,理论计算与试验结果均表明:稳态工况下,系统可以实现稳定的两相流自然循环,系统排热能力受蒸汽发生器水位的影响大,冷却水入口温度与系统压力的影响相对较小;系统的启动特性良好,可快速地建立环路的自然循环,带走反应堆的衰变热。     

自然循环蒸汽发生器并联倒U型管流量分配计算

针对自然循环工况下蒸汽发生器部分倒U型管内存在倒流现象,通过对倒U型管内流动传热特性进行分析,获得了倒流发生的判断依据,从而编制了流量分配计算程序。采用该程序对某型蒸汽发生器并联倒U型管流量分配进行了计算,通过将结果与实验值进行对比分析,对程序可信度进行了验证,并采用该程序对蒸汽发生器并联倒U型管主要热工参数随进出口压降变化情况进行了计算分析。结果表明,倒流现象发生在短管内,倒流的发生使得蒸汽发生器一次侧净流量和单位时间输热呈阶梯下降,对反应堆安全产生较大的影响。     

倾斜与摇摆条件下一体化反应堆自然循环特性研究

通过建立海洋条件下的附加力模型与控制体空间坐标求解模型,开发了基于RELAP5/MOD3.1程序的海洋条件热工水力分析程序。研究了海洋条件下一体化反应堆IP200的自然循环特性,分析倾斜与摇摆条件对自然循环的影响。计算结果表明:倾斜会降低堆芯流量,导致左右侧环路冷却剂流量不一致,影响直流蒸汽发生器的换热特性;摇摆情形下,环路的附加压降主要由切向力贡献;摇摆轴偏离中心位置以及倾斜和摇摆的叠加运动均会打破环路间的热工水力对称性,增大堆芯流量的波动幅度。     

自然循环流动不稳定条件下的传热特性实验研究

为探究流动不稳定性机理,在低压自然循环系统中开展了一系列相关实验,分析了不同流量振荡模式下自然循环的沸腾传热机制及局部传热特性。实验表明：中、低热流密度下出现的较规则的周期性振荡由加热段内流动沸腾诱发,壁面过热度不会随流量振荡而大幅度变化;高热流密度下自然循环系统出现的周期性不规则振荡现象中,流动沸腾类型间的相互转变不是流量波动的唯一原因。大幅度的流量脉动可能在高热流密度下导致沸腾临界的发生,出口壁面出现间歇性干涸,局部传热系数下降的同时伴随壁温的短暂飞跃。随着热流密度的提高,自然循环系统可能出现持续性干涸。     

反应堆失流事故下堆芯自然循环冷却能力的模拟实验研究

为分析不同热工参数对强迫循环向自然循环过渡过程及稳定自然循环阶段传热及流动特性的影响,在内径为6 mm的竖直实验段内开展实验,研究不同入口过冷度、热流密度及初始流量对强迫循环向自然循环过渡过程以及稳定自然循环过程的影响。实验结果表明：入口过冷度及热流密度对自然循环向强迫循环过渡过程及稳定自然循环过程的换热能力有明显影响,而初始流量对该过渡过程及稳定自然循环的换热能力的影响并不显著。     

Experimental Analysis on Mitigation of Thermal Stratification in the Suppression Pool of a Water Wall Type Passive Containment Cooling System

A water wall type passive containment cooling system with an outer pool surrounding the suppression pool is one passive containment cooling system. In the system, a baffle plate in the suppression pool mitigates thermal stratification formed at the vent tube outlet level and enlarges the heat transfer area. The effectiveness of the baffle plate in mitigating thermal stratification was experimentally confirmed; the heat transferred to the outer pool increased about 50% due to a larger high temperature region and a longer effective heat transfer length. The experimental analysis was performed using a three-dimensional thermal-hydraulic analysis program. In the analysis, a laminar flow model and slip conditions on structural walls were used, and the calculated temperature profiles and natural circulation flow rates along the baffle plate agreed with measurements. The model was then judged as a valid and practical tool to evaluate global natural circulation and temperature distributions in a large pool. And it was analytically corn- firmed that the thermal resistance of the PCV wall and the heat flux to the outer pool affected the performance of the baffle plate.