吸收球气力输送压降特性冷态试验研究

在以常温、常压空气为气源的压送式气力输送试验系统中,使用玻璃球代替吸收球,在供料器入口空气稳态流速ua约14～29m/s范围内,研究了吸收球气力输送的压降特性。试验结果表明:稳态输送时风机压升随ua增大由36.0kPa先减小为33.3kPa,而后逐渐增大到48.5kPa,转折点ua约为17m/s;随ua由14.1m/s增大约为19m/s,气固两相流段压降由28.9kPa减小为22.4kPa,之后随ua继续增大至28.6m/s而缓慢增大到25.6kPa;气固两相流段压降占风机压升的比例随ua的增大由80%逐渐减小为53%;气相段压降占风机压升的比例不可忽视,工程设计中应适当考虑降低气相段压降,以便降低对风机最高压升参数的技术要求。     

吸收球气力输送供料器可视化试验研究

供料器是球床式高温气冷堆吸收球停堆系统中吸收球气力输送的一个重要设备。在以常温常压空气为气源的压送式气力输送试验系统中,使用玻璃球代替吸收球,进行了改进的流化管式可视化供料器的气力输送试验。结果表明：改进的流化管式供料器气力输送过程稳定可靠;随着供料器入口空气流速由8m/s增大到29m/s,颗粒个数流率由约4.7×10⁴min^-1增大到约1.25×10⁵min^-1后保持不变,料气质量混合比则是先增大后减小,供料器压降先增大后减小再增大;空气流速大于19m/s后,气力输送进入到稳定的稀相输送阶段,垂直管段压降缓慢增大。     

TMSR-SF球床随机堆积结构的离散元模拟

中国科学院上海应用物理研究所设计的10 MW固态燃料钍基熔盐实验堆(Thorium-based Molten Salt experimental Reactor with Solid Fuel,TMSR-SF)是一种球床型氟盐冷却高温堆,其三维球床随机堆积结构对于堆芯反应性变化和换料分区方案以及热工水力分析中的流动传热都具有重要的影响。为了研究TMSR-SF堆芯球床随机堆积规律,基于PFC3D(Particle Flow Code 3 Dimensional)程序,分别计算并分析了填充颗粒球大小、颗粒间摩擦系数以及填充颗粒球数对球床稳态堆积结构的影响。结果表明:填充直径小的颗粒球,可使球床孔隙率振荡减弱,有利于堆芯功率密度分布的展平;通过减小颗粒间摩擦系数能较好地模拟振动压实效果,压实过程中颗粒间摩擦系数与稳态堆积球床孔隙率和配位数满足负指数关系。当填充颗粒球数超过约8 000个后,球床平均孔隙率和配位数变化趋于恒定,分别稳定在0.43和5.6左右;此时颗粒球数量对球床稳态堆积结构的影响降至最低,可被用来代替满装堆时的球床用于TMSR-SF自然循环的热工水力数值分析,达到节省计算资源的目的。本研究对理解TMSR-SF堆芯球床结构特性与堆积规律具有参考价值。     

10 MW高温气冷实验堆硼吸收球停堆系统气力输送模拟试验研究

吸收球停堆系统是10MW高温气冷实验堆(HTR-10)的第二停堆系统,于紧急事故停堆之后、重新开堆之前投入运行,利用负压输送过程将在紧急停堆时进入反应堆堆芯落球孔道内的中子吸收球输送到位于堆顶的贮球罐内,实现正常开堆或反应堆再临界。运用气力输送的密相输送理论,对回路各部件和各管段的气固两相流阻力进行计算,并在1：1模拟试验台架上,以空气和氦气为载体,真实硼吸收球为物料,进行了气力输送试验研究。试验数据与理论分析相符合,吸收球第二停堆系统的气力输送功能满足HTR-10工程的技术要求。     

气力输送技术发展及其在高温气冷堆上的应用

气力输送是一种较为理想的输送方式.本文介绍近年来国内外气力输送技术的发展状况及趋势,概述了气力输送技术所涉及到的气固两相流、数值模拟和试验测量方法,总结了气力输送技术在现代工程上的实际应用情况,重点探讨了高温气冷堆HTR-10吸收球停堆系统、燃料球装卸系统上所使用的气力输送装置的设计分析方法与运行经验.     

气力输送在10MW高温气冷实验堆吸收球停堆系统中的应用

吸收球停堆系统是10MW高温气冷实验堆（HTR－10）的第二停堆系统,本系统利用负压输送过程,将在紧急停堆时进入堆芯反射层孔道内的B4C小球输送到位于堆顶的贮球罐内,实现正常开堆或反应堆再临界。气力输送技术应用于反应堆工程是一种新的尝试与探索,由此带来了一一些新的课题有待进一步的理论和实验研究。本文运用密相输送理论计算了气力输送过程中氦气与B4C球的气固两相流阻力,并对该系统的最大可信故障进行了理论分析,为该系统的参数设计及设备选型提供了理论依据。     

高温气冷堆备用停堆装置新型供料器分析与试验

吸收球停堆装置参与球床型高温气冷堆的堆芯反应性调节控制,实现反应堆冷停堆,供料器是数百万个6 mm吸收球从堆芯反射层被气力输送回到贮球罐的起点,吸收球在供料器中被气流悬浮、加速,需研究不同结构型式的供料器的输送性能及可靠性.利用Fluent软件对新型流化管式供料器进行了数值模拟分析,获得速度、压力分布场,同时进行了空气介质常温流动供料器试验研究.模拟计算得到供料器局部阻力系数约为5.1,试验测得供料器局部阻力系数为5.7,结果在工程应用可接受的范围内.     

西安脉冲堆气力输送系统

西安脉冲堆气力输送系统是国内第一套采用负压气力输送方式进行中子活化分析样品传输工作的系统，其输送方式可以彻底地避免放射性气体逸出输送管。本系统独特的气体缓冲方式实现了管道中高速飞行的样品盒在辐照终端的快速安全缓冲。本文简要介绍了该系统的设计及调试结果。     

大颗粒与壁面碰撞的离散单元法模拟与分析

颗粒与壁面碰撞普遍存在于散体物料输送过程,研究颗粒与壁面碰撞有助于优化输送系统、减小物料磨损或提高输送经济性。本文基于离散单元法(DEM),采用Hertz-Mindlin无滑移接触模型,对单个6mm直径大颗粒与壁面碰撞进行了数值模拟和分析,研究了碰撞速度、碰撞角度和剪切模量对碰撞过程和法向最大接触力的影响。研究结果表明,Hertz-Mindlin无滑移接触理论描述的法向接触过程具有自相似特性,法向卸载时长与法向加载时长比值为定值。模拟的接触时长与Thornton等的关系式预测值相符。碰撞速度和碰撞角度对碰撞过程中的法向最大接触力均有明显影响,法向最大接触力随法向碰撞速度的增加近似线性增加;碰撞速度不变时,法向最大接触力随碰撞角度的增大而减小。剪切模量对法向接触力具有重要影响,在考虑颗粒磨损和破碎的DEM模拟时,不宜采用降低剪切模量加快计算速度。本研究对颗粒磨损和破碎研究以及高温气冷堆吸收球气力输送过程优化均具有重要意义。     

基于单元体理论的球床堆积结构与传热算法研究

以球床堆积结构为分析对象,利用离散单元法(DEM)进行数值模拟,实现球床的堆积并取得良好结果。随机堆积的球床中极少有颗粒达到最密集堆积状态,在靠近球床壁面处孔隙率迅速增加。对整个球床进行Voronoi单元体划分以分析球床局部结构,在大空间区域处堆积具有随机特点,在靠近壁面处呈现有序堆积特征。对每个单元体建立热平衡方程,实现对球床局部温度场的仿真,温度场计算结果与实验结果符合得很好。     

HTR-10第二停堆系统的试验与调试

吸收球停堆装置是10MW高温气冷实验堆的第二停堆系统，控制棒失效时，碳化中子吸收球落入堆芯反层的吸收球孔道内，实现紧急停堆；反应堆再次临界前，利用气体输送装置将吸收球送回位于堆顶的贮球罐内，在实验室和高 温堆上先后进行了7套吸收球装置的热态试验和输送功能试验，试验数据表明，吸收球系统7套装置的落球和回球动作正常，所用的时间在要求的范围内；球位状态指示正常；气体回路流动正常，风机的流量，压升正常，12个阀门的开，闭功能正常。     

气力输送技术在放射性废液暂存设施中的应用

为确保放射性废液气力输送系统冷调试安全,验证设计的合理性和可靠性,利用伯努利方程,推算了冷调试的工艺操作参数,并对理论计算与实测值间的偏差原因进行了条件输入验证。结果表明,推算的工艺操作参数与冷调试试验结果符合较好,放射性废液气力输送系统工艺设计合理,本研究推荐的方法可用于同类系统工艺操作参数计算。通过分析管径和真空系统设计对放射性废液暂存设施安全运行的影响,提出了技术改进方法及建议。     

球床反应堆燃料元件脉冲气力提升动力特性分析

球床反应堆采用球形燃料元件多次通过堆芯的循环运行方式,燃料元件从堆芯底部连续单列排出后依靠管路气动推力逐一被提升至堆芯顶部。本文建立了球形燃料元件“近等径”管路脉冲气力提升运动模型,并在此基础上分析了气源压力、控制阀有效截面积、球外径与管内径的直径比等参数对提升过程燃料元件运行速度的影响。利用测速装置测量了10 MW球床反应实验堆提升器出口燃料元件的运行速度,实验结果接近理论分析结果。近等径球流管路脉冲气力提升运动模型的建立及实验研究为球床反应堆燃料输送系统优化设计及运行调控提供了理论依据。     

Design and verification test of the small absorber ball system of the HTR-10

A small absorber ball system is the second shutdown system of the 10 MW High Temperature Gas-cooled Reactor-Test Module. When the control rod system is out of operation, the small absorber ball system is required to emergently shut down the reactor by means of boron carbide balls totally dropping into channels in the side reflector by gravity. Before the reactor re-operates, these small absorber balls must be conveyed from channels in the side reflector back to the ball storage vessels below the head of reactor pressure vessel by a pneumatic conveying process. Detailed design of the small absorber ball system was carried out, and all the components were manufactured. In order to check the performances of the small absorber ball system, a pneumatic conveying experiment and a hot test were carried out in the laboratory, and also a pre-operation of the small absorber ball system was verified on the reactor site at room temperature. Test data of the small absorber ball system show that all the parameters, including time of ball dropping, time of ball conveying back, indication of ball level in the ball storage vessel, gas flowrate, and valve operation states, are acceptable and reasonable. The small absorber ball system has been shown to be capable of performing satisfactorily at operating temperatures of the reactor.     

FSP系统建模与仿真分析

FSP（fission surface power）是美国经过充分研究论证的一种空间堆。为研究FSP系统的瞬态特性,对FSP系统各部件进行建模,并编写相关程序。该程序对系统稳态工况进行仿真,计算结果和稳态设计值符合良好。该程序对反应性引入以及主泵停止后再启动工况进行了仿真,计算结果趋势合理,证明了模型、建模思想以及建模方法的正确性。结果表明反应性引入时功率以及温度参数的振荡和回路之间温度变化快慢不同有关,且主泵停止后再启动的时间间隔越小越好。该程序可为与FSP相类似的反应堆系统的瞬态分析和安全分析提供参考。     

Investigation of vacuum performances of TiZrV coated pipe

Some metal compounds called as Non-Evaporable-Getter have been widely used to improve vacuum system performance of accelerator facility.In this paper,a TiZrV film on the surface of stainless steel vacuum pipe is made by direct current magnetron sputtering,and its vacuum performance is experimentally studied.Our results show that the TiZrV film is partly activated at 160℃,and its pressure performance is similar with one at higher temperature. The coating reduces the ultimate pressure and prominently shortens the pressure-down time in a sputter ion pump system,thus creating evenly distributed pressure profile in a coating pipe.The adsorption rate is steady,and adsorption amount increases linearly.Such TiZrV-coated pipe behaves like pump other than gas source in vacuum system.     

起伏振动下倾斜管内单相流流动阻力特性分析

起伏振动状态下单相流流动阻力的正确计算对漂浮核电站的安全性有显著影响。实验研究了不同起伏振动工况和流动工况对倾斜圆管通道内单相水摩擦压降的影响,提出了方便计算的振动摩擦阻力系数。结果表明,振动摩擦压降大于稳定状态的,并呈周期性波动,波动周期与振动频率一致。振动摩擦阻力系数平均值随雷诺数和倾角的增大而减小,随管径和振动频率的增大先增大后减小,随振幅的增大而增大。通过实验数据拟合得到起伏振动下倾斜管内单相水振动摩擦阻力系数计算经验关系式,计算结果与实验结果吻合较好,为起伏振动单相水流动阻力的计算提供了新思路。     

Accurate Volume Measurement System for Plutonium Nitrate Solution

Abstract

An accurate volume measurement system for a large amount of plutonium nitrate solution stored in a reprocessing or a conversion plant has been developed at the Plutonium Conversion Development Facility (PCDF) in the Power Reactor and Nuclear Fuel Development Corp. (PNC) Tokai Works. A pair of differential digital quartz pressure transducers is utilized in the volume measurement system. To obtain high accuracy, it is important that the non-linearity of the transducer is minimized within the measurement range, the zero point is stabilized, and the damping property of the pneumatic line is designed to minimize pressure oscillation. The accuracy of the pressure measurement can always be within 2 Pa with re-calibration once a year. In the PCDF, the overall uncertainty of the volume measurement has been evaluated to be within 0.2%. This system has been successfully applied to the Japanese government's and IAEA's routine inspection since 1984.