简谐海洋条件下自然循环运行特性

基于两相漂移流模型建立简谐海洋条件下核动力装置自然循环理论分析模型;采用两群三维时空中子动力学模型描述堆芯中子的物理行为及控制棒调节系统的响应;利用研制的程序对核动力装置在摇摆条件下的自然循环运行特性及强迫循环向自然循环转换的过渡过程进行研究.结果表明:摇摆周期越小,影响越大;摇摆振幅越大,影响越大;相同摇摆周期与摇摆振幅条件下,纵摇对自然循环运行影响大;纵摇时,参数波动周期与摇摆周期相符,横摇时,参数波动周期为摇摆周期的一半;海洋条件引起过大的堆芯自然循环流量波动可造成功率自动调节控制棒的频繁动作,无法平稳实现强迫循环向自然循环的转换.     

海洋条件下压水堆单相自然循环无量纲分析

针对单相单环路自然循环系统,采用Boussinesq近似建立无量纲分析方程,通过对单相动量及能量守恒关系的推导,得到不同外界条件下自然循环流量的影响参数。分析讨论倾斜、起伏与摇摆因素对自然循环流量的影响,并给出单相自然循环运行流量约束的保持条件。研究表明,倾斜时单相自然循环流量随倾斜角度的增加而减少;起伏运动时如果加速度与重力加速度的比值较小,对自然循环的影响可忽略;在不同摇摆条件下,如果引起自然循环流量的振幅相同,则其最大摇摆角加速度必然相同;单相自然循环运行的流量约束数值可由热源过冷度条件获得。     

摇摆运动下单相自然循环核热耦合特性研究

采用考虑6组缓发中子的点堆中子动力学模型,开发了核反馈模拟模块,并将之与摇摆条件下单相自然循环热工水力计算模型进行合并,基于Matlab软件编制了相应的计算程序,实现了摇摆条件下单相自然循环核热耦合的模拟计算。计算结果表明：摇摆条件下,与不考虑核反馈相比,考虑核反馈后核热耦合效应使系统流量降低,系统功率产生波动;系统功率的平均值随摇摆频率及振幅的增大而降低,而系统功率的振幅则随摇摆周期及振幅的增大而增大。核热耦合效应使燃料元件温度的波动振幅减小,起到了抑制燃料温度波动的作用。     

大角度摇摆条件下对称回路自然循环特性研究

开展摇摆条件下对称回路自然循环特性理论和实验研究。零功率摇摆条件下,角加速度作用力随时间不断变化,引起支路管道内的流量发生周期性变化,但对中间流道内的流动没有影响。在有功率摇摆条件下,支路流量会出现明显的流量振荡,振荡周期与摇摆周期一致;中心流道流量振荡周期为摇摆周期的一半。     

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。     

中国先进研究堆稳态自然循环能力分析

针对中国先进研究堆(CARR)的结构和运行特点,开发了CARR自然循环能力计算程序,计算得到了不同池水温度条件下CARR自然循环能力,并分析了池水温度对CARR自然循环特性的影响:自然循环冷却剂流量随池水温度的升高而增大,但自然循环能力(带走的堆芯功率)随池水温度升高而降低.基于理论推导和程序计算结果,提出了一个适用于预测不同池水温度下CARR自然循环流量和堆芯功率的简单关系式,该关系式预测值与程序计算结果误差小于±10%.     

运动条件下铅铋反应堆热工水力特性研究

为研究运动条件下铅铋反应堆热工水力特性,开发了运动条件铅铋反应堆瞬态分析系统程序,并完成了对设计的5 MW自然循环小型模块化铅铋反应堆的建模,分析了运动条件对反应堆自然循环热工水力特性的影响。计算结果表明,倾斜条件下,堆芯流量减小,堆芯出口温度升高,在计算最大倾斜角度下,流量减小20%,冷却剂堆芯出口温度升高20 ℃。起伏条件下,起伏幅度和起伏周期越大,对反应堆影响越大,由于系统阻力影响,流量变化较起伏加速度有小于1 s的延时。摇摆条件下,摇摆角度越大和摇摆周期越小,对反应堆影响越大,燃料包壳峰值温度较稳态值高20 ℃以内,对反应堆正常运行时安全性影响较小。     

摇摆对自然循环流动和换热影响的实验研究

针对摇摆条件下单相水自然循环流动和换热特性进行实验研究。实验结果表明,相对于不摇摆工况,摇摆条件下自然循环的流量减小。摇摆的频率和振幅增加时,流量相应减小,换热能力增强。通过实验数据的拟合得出了适用于个别摇摆条件下自然循环流量和换热的经验关系式。     

横摇运动下铅铋回路热工水力特性数值研究

为研究横摇运动下铅铋回路系统热工水力特性，利用商用CFD软件开发了铅铋回路系统的计算模型以及横摇运动的计算方法，并采用实验数据对数值计算结果进行了验证，其中，横摇运动流量的最大偏差在3%以内。计算结果表明，横摇运动会使回路系统的自然循环流量发生周期性波动，流量波动的周期与运动周期一致，波动的幅度会随着横摇运动最大幅度的增大、运动周期的减小而增大，在最大摇摆角20°摇摆周期7.5 s工况下流量的瞬时波动最大达到了140%,并在一些时刻产生倒流现象。横摇运动也会让系统的流动和传热特性参数发生周期性的瞬时波动，这种波动的规律与自然循环流量的波动规律相似，其中Nu的最大瞬时波动达到了515%,最大时均波动可达66%。本研究获得的结果对横摇运动下的铅铋回路系统设计优化具有重要的工程应用价值和科学意义。     

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     

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。     

零功率摇摆条件下自然循环试验回路中流动规律实验研究

以清华大学研发的多用途小型堆NHR为基础,建立全尺寸、全参数1∶1自然循环试验回路研究零功率摇摆条件下自然循环的流动规律。通过分析几组不同摇摆运动下的实验结果,探讨了单自由度摇摆运动摆角幅值ψ_m和摇摆周期T对自然循环速度的影响,并给出自然循环流速波幅V_o和摇摆运动参数ψ_m与T之间的线性关系。研究结果表明：ψ_m对加热段两侧流速影响最为显著,V_o随ψ_m的变大而增大且两侧流速波动相位相差90°;V_o随T的增大而减小,流速波动相位差与T无关;在零功率摇摆条件下,流速波幅的平方V²_o与ψ_m、频率平方w²_d及当量摇摆半径R_eq的乘积呈线性关系。     

摇摆运动下单相自然循环流动特点

针对摇摆工况下单相自然循环流动的特点进行实验研究。实验结果表明,流体在摇摆作用下产生波动;波动频率与摇摆频率一致。理论分析表明,摇摆对自然循环的影响主要有两个方面,一方面摇摆引起回路空间位置的改变导致自然循环驱动压头发生变化;另一方面,摇摆引起的附加加速度使回路产生附加压降。通过建立简化模型,得出了摇摆周期、摇摆振幅和其他参数对单相自然循环流动影响的规律。     

Theoretical research for natural circulation operational characteristic of ship nuclear machinery under ocean conditions

Based on the two-phase drift flux model and the multi-pressure nodes matrix solving method, natural circulation thermal hydraulic analysis models for the Nuclear Machinery (NM) under ocean conditions are developed. The neutron physical activities and the responses of the reactivity control systems are described by the two-group, 3-dimensional space and time dependent neutron kinetics model. Reactivity feedback is calculated by coupling the neutron physics and thermal hydraulic codes, and is tested by comparison with experiments. Using the models developed, the natural circulation operating characteristics of NM in rolling and pitching motions and the transitions between forced circulation (FC) to natural circulation (NC) are analyzed. The results show that the influence of the rolling motion increases as the rolling amplitude is increased, and as the rolling period becomes shorter. The results also show that for this NM, with the same rolling period and rolling angle, the influence of pitching motion on natural circulation is greater than that of rolling motion. Furthermore, the oscillation period for pitching motion is the same as the pitching period, while the oscillation period for rolling is one half of the rolling period. In the ocean environment, excessive flow oscillation of the natural circulation may cause the control rods to respond so frequently that the NM would not be able to realize the transition from the FC to NC steadily. However, the influence of ocean environment on the transition from NC to FC is limited.     

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.     

摇摆运动下自然循环高含汽率流动特性研究

针对摇摆运动下自然循环高含汽率流动特性进行了理论研究。与摇摆运动下的自然循环单相流动波动不同,摇摆运动下的自然循环高含汽率流动波动幅度很小,流动相对稳定。通过构建数学模型,对摇摆运动下自然循环单相流动和高含汽率流动的流动特性进行了计算,计算结果与实验结果符合良好。对两种流动状态下各项压降及摩擦阻力系数进行了分析。分析结果表明,驱动压头和阻力系数的增加是摇摆运动下自然循环高含汽率流动相对稳定的原因。     

自然循环蒸汽发生器倒U型管内倒流特性的无量纲分析

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,利用无量纲分析方法建立管内流体控制方程,提出了阻力数和传热数等无量纲准则,并对蒸汽发生器倒U型管倒流的影响因素进行分析。结果表明,阻力数对倒流发生的无量纲进出口压降和流速有较大的影响;传热数对倒流发生的无量纲进出口压降有较大的影响,而对流速影响较小。     

摇摆运动对自然循环流动不稳定性的影响

分析研究了摇摆运动下的自然循环流动不稳定性和摇摆对不稳定性的类型以及不稳定性起始点的影响.结果表明,摇摆使流动不稳定性提前发生,改变了不稳定性的类型,摇摆引起的波动和密度波型脉动发生叠加.摇摆运动下自然循环存在两个稳定区域,在这两个区域中间包含着不稳定区域.     

Experimental study on two-phase flow instability of natural circulation under rolling motion condition

Two-phase flow instability of natural circulation under a rolling motion condition is experimentally studied. The experimental results show the rolling motion induces a fluid flow fluctuation. At the trough point of the flow fluctuation, rolling motion can cause the early occurrence of natural circulation two-phase flow instability, and this case is defined as trough-type flow oscillation. The system stability decreases with increasing rolling amplitude and effect of rolling frequency is nonlinear. The complex overlap effect of trough-type flow oscillation and density wave oscillation can enhance the system coolant fluctuation; this case is defined as complex flow oscillation. Complex flow oscillation may be divided into two types: regular and irregular complex flow oscillations. Irregular complex flow oscillation is a transition type from trough-type flow oscillation to regular complex flow oscillation. Under the same thermal hydraulic conditions, the marginal stability boundary (MSB) of regular complex flow oscillation is similar to that of density wave oscillation without rolling motion, and the influences of rolling parameters on the MSB are slight.