带定位格架棒束通道内两相流型研究

在空气-水两相流动工况下,将RBI光学探针测得的时序波形和目测相结合,对AFA-2G 33定位格架组成的棒束通道内存在的两相流型进行了识别。通道水力当量直径为8.98mm,元件的棒径为9.5mm,栅距为12.6mm,棒壁距为2.65mm。液相和气相表观速度范围分别为0.40-2.69m/s,0.02-2.99m/s。试验获得了流型图。结果表明,定位格架结构,特别是交混叶片对定位格架附近区域两相流型变化有重要影响,在棒束通道内的同一截面上存在不同种类流型。     

棒束定位格架空气-水两相分布数值模拟

用计算流体动力学程序CFX4．2对棒束定位格架通道内空气．水两相流体三维流动进行了数值模拟。在计算中,采用了考虑界面横向效应的两流体模型,用该模型计算模拟了通道的l/4区域和定位格架交混叶片．获得了流体区域的两相流速和相分布;并分析了定位格架交混叶片对流动和相分布的影响。结果表明．带定位格架棒束流道内空气-水两相流动数值模拟基本合理．该方法可用来初步分析复杂通道内的两相流动。     

2×2棒束通道内流动沸腾空泡份额分布实验研究

电导探针方法是一种获取两相界面参数的重要手段。通过单探头电导探针测量并分析了2×2棒束通道内流动沸腾空泡份额的径向分布,结果表明,在当前实验工况下,从汽泡信号的波动特性来看,通道中心处的汽泡信号主体波动幅度较小,棒间隙处的汽泡信号主体波动幅度较大;空泡份额径向分布均呈现出中心峰的分布特性,中心峰呈现出下凹的现象,这是由于中心处的汽泡相对于壁面处的汽泡吸收的热量更小而发生冷凝。     

定位格架对棒束通道出口温场分布影响研究

为分析定位格架交混能力,进一步优化定位格架热工设计方法。本文通过实验研究不同结构定位格架对棒束通道出口温场分布的影响。实验中,系统压力为7.0～16.5 MPa,质量流速为900～4500 kg·m^-2·s^-1,实验段进出口温差为30～128℃。实验结果表明,在压水堆运行参数范围内,对于相同定位格架结构形式,不同压力、进出口温差、质量流速等热工参数条件下棒束通道出口截面子通道最高温度和最低温度的差值与进出口温差的比值没有明显变化趋势;交混翼主导了定位格架的交混作用,II型交混翼带来较强的交混作用;对于D型定位格架,非对称的条带结构会导致流场整体出现一定的偏转,一定程度上降低了定位格架的交混作用。     

棒束定位格架流动和传热特性研究综述

定位格架是反应堆堆芯燃料组件关键部件之一。定位格架的存在影响了堆芯的各种热工水力性能。性能优良的定位格架能改善堆芯燃料组件热工水力性能，提高临界热流密度而不致太增加压力损失。本文就国内外对带定位格架棒束通道内流动和传热特性研究现状和研究结果进行了综述。     

棒束通道定位格架沸腾临界特性数值研究

为研究核反应堆中定位格架及搅混翼对沸腾临界现象产生的影响,本文采用计算流体动力学（CFD）分析方法,探讨了棒束通道中定位格架的数目、位置和搅混翼的角度对于沸腾临界现象的影响。结果表明:定位格架会对主流流动产生阻力,同时定位格架数目越多,沸腾临界发生的温度也越高,但将定位格架布置在沸腾临界发生位置时,则可有效改善壁面传热环境并降低沸腾临界发生时的峰值温度。搅混翼的存在则会有效降低加热面附近空泡份额,改善传热环境,但搅混翼角度过大时会导致沸腾临界提前发生。      

棒束通道内定位格架的两相流动局部阻力实验研究

在常温、常压条件下,对竖直3×3棒束通道内定位格架的单相及两相局部阻力特性进行了实验研究。单相流动实验时,水雷诺数的变化范围为290~18 007;两相实验时,气相、液相表观速度变化范围分别为0.013~3.763m/s和0.076~1.792m/s。利用单相实验数据得到的定位格架局部阻力系数计算关系式,用两相实验数据对均相流模型中8种不同的两相等效黏度计算方法进行了评价。Rel9 000时,Dukler模型的预测效果最好;Rel≥9 000时,McAdams计算方法预测效果最好;基于所有数据,Dukler模型的计算值与实验值吻合最好,平均相对误差为29.03%。考虑了质量含气率、两相雷诺数及气液相密度的影响,对Rel9 000时的实验数据进行了拟合,得到的经验关系式的计算值与实验值符合较好。     

带格架四棒束超临界水流动传热数值分析

棒束内超临界水流动传热是超临界水堆堆芯热工水力研究的重要内容,但对其认识还十分有限。本文针对四棒束内超临界水的流动传热现象开展数值模拟,特别分析了定位格架对棒束通道内流动和传热的影响。结果表明,采用SSG湍流模型计算所得到的棒束壁面温度和实验结果吻合良好,定位格架的存在影响下游流体的速度分布,显著提高格架下游的传热特性,交混系数有大幅上升,使得加热棒周向壁面温度分布更加平均,最高温度出现位置发生改变。     

激光诱导荧光技术对棒束通道内定位格架搅浑特性研究

基于激光诱导荧光（LIF）技术开展了5×5棒束通道内定位格架搅浑特性的可视化研究。常温常压下,通过示踪染色剂（RhB）浓度分布表征流体微团的搅浑行为,清晰展现染色剂溶液在定位格架作用下的搅浑扩散过程,获取格架下游流场的搅浑信息。采用自验证方法分析验证LIF技术测量的准确性,重构棒束通道内径向与轴向染色剂浓度分布,对比带定位格架与不带定位格架的实验结果,得到定位格架对其下游流场的影响范围及不同棒束子通道所受搅浑程度的差异,并以变异系数量化格架对流场搅浑性能的强弱。实验结果表明：定位格架能快速搅浑流动工质,其搅浑翼片分布形式的差异是造成不同子通道交叉搅浑强弱及各向异性的主要原因。本实验工况（Re＝10 478）下,格架对其下游流场的作用范围约为8倍当量直径(D_h),流动工质在格架下游5D_h附近所受搅浑最为剧烈。     

棒束通道内温度场分布特性研究

可视化实验技术越来越多地被应用于核反应堆系统参数的测量,本文基于激光诱导荧光(LIF)技术的特点,介绍该技术的难点和解决方案,并对棒束通道定位格架下游稳态流和脉动流下温度分布进行了研究。结果显示,通过对系统光学特性和染色剂特性研究,可提高LIF技术的应用范围和测量精度。同时采用后处理技术,可获得更准确的温度场分布。通过对棒束通道定位格架下游全场温度进行测量,获得了稳态流和脉动流两种工况下温度的分布。定位格架能显著增强下游的流动搅混,提高换热能力。流速的波动也会对温度分布产生显著影响。研究表明,LIF技术可实现对棒束通道内流体温度分布的全场测量,根据温度分布特性研究可实现对定位格架性能的评价。     

受热管内空泡率空间分布与流型的关系

介绍了运用RBI双探头光学探针,在加热上升管内对蒸汽-水两相流空泡率径向分布测量的情况,同时对不同实验工况下两相流流型进行了识别。根据实验结果,总结出加热上升管内空泡率径向分布与流型的关系。     

低流速过冷沸腾截面平均空泡率实验研究

以高温高压单探头光学探针为主要测量手段,进行了中压低流速过冷沸腾工况空泡率实验研究,截面平均空泡率根据探针测量得出的局部空泡率在流道截面上积分计算得出。实验数据与实验前提出的空泡率计算模型进行了比较,表明该模型在低流速过冷沸腾工况可获得满意的预测结果。实验结果与Saha模型以及Levy模型的比较表明:对于低流速数据,Saha模型预测结果明显偏高,Levy模型优于Saha模型,但预测结果仍略偏高。     

棒束中高含气量空泡份额计算模型适用性的研究

在子通道分析程序中,空泡份额计算模型对两相流的分析预测结果有显著影响.在较高含气率条件下,空泡份额计算模型在子通道分析程序COBRA中的适用性并没有经过充分的验证.本文用COBRA程序中自带的空泡份额计算模型与选自文献的4个空泡份额模型,对4×4棒束的气.液两相流进行子通道分析.结合实验数据,选取相对焓升和相对质量流速比,对预测结果进行分析评估.结果表明,在本文的计算范围内,Dix模型和滑速比S=1.5时的滑速比模型的预测结果最优.     

垂直上升横掠水平管束的两相流空泡份额模型研究

与管内两相流空泡份额模型相比,垂直上升横掠水平管束的两相流空泡份额研究成果相对有限。利用垂直上升的气-水两相流横掠水平管束的实验数据,对现有的空泡份额计算模型进行对比分析,并对2种现有模型的拟合公式进行修正。采用其他实验结果对本文重新修正的空泡份额模型进行验证,结果表明:与原始模型相比,修正的空泡份额计算模型给出的空泡份额预测值更好。     

Void Fraction in Simulated PWR Fuel Bundle during Reflood Phase

In order to evaluate void fraction in a bundle geometry during the reflood phase, reflooding experiment with a 4×4 simulated fuel array was conducted.

As the result, it was found that the effects of the clad temperature and the power of the heater rods are small and the effects of the pressure and the inlet flow rate are large on the relationship between the superficial steam velocity and the void fraction in a bundle geometry during the reflood phase. It was, also, found that there is no distinct difference of the void fractions caused by the different flow patterns in the wet clad region and in the dry clad region in a bundle geometry during the reflood phase, when compared at the same superficial steam velocities.

Furthermore, the applicability of Cunningham-Yeh's void fraction correlation was investigated under a wide range of conditions anticipated during the reflood phase. The range of conditions under which Cunningham-Yeh's correlation predicts the void fraction within an error band of ±20% were made clear.     

有界域轴向流动中棒束流致振动和稳定性研究

基于Ｃｈｅｎ有界域静止流体中棒束流致振动数学模型,给出了棒束稳定分析的数值方法。作为应用研究,分析了有界域轴向流动中棒束（４根）流致振动的特性及稳定性,给出了不同条件下轴向及横向的振型。     

Void distribution and bubble motion in bubbly flows in a 4×4 rod bundle. Part I: Experiments

Lack of local void fraction data in a rod bundle makes it difficult to validate a numerical method for predicting gas–liquid two-phase flow in the bundle. Distributions of local void fraction and bubble velocity in each subchannel in a 4×4 rod bundle were, therefore, measured using a double-sensor conductivity probe. Liquid velocity in the subchannel was also measured using laser Doppler velocimetry (LDV) to obtain relative velocity between bubbles and the liquid phase. The size and pitch of rods were 10 and 12.5 mm, respectively. Air and water at atmospheric pressure and room temperature were used for the gas and liquid phases, respectively. The volume fluxes of gas and liquid phases ranged from 0.06 to 0.15 m/s and from 0.9 to 1.5 m/s, respectively. Experimental results showed that the distributions of void fraction in inner and side subchannels depend not only on lift force acting on bubbles but also on geometrical constraints on bubble dynamics, i.e. the effects of rod walls on bubble shape and rise velocity. The relative velocity between bubbles and the liquid phase in the subchannel forms a non-uniform distribution over the cross-section, and the relative velocity becomes smaller as bubbles approach the wall due to the wall effects.     

倾斜圆管内泡状流空泡份额特性实验研究

采用光纤探针测量方法对倾斜圆管(内径为50 mm)内空气-水两相泡状流空泡份额分布特性进行实验研究。结果表明,截面平均空泡份额随倾斜角度的增加而减小,倾斜角度大于5°时减小速率明显减慢;竖直条件下空泡份额径向分布呈"马鞍形",即空泡份额除在近壁区出现峰值然后迅速降低到最小值外,在其他区域几乎不随位置发生变化;倾斜条件下气泡明显向上壁面聚集,中心线上方近壁区空泡份额峰值增加,中心线下方近壁区空泡份额峰值被削弱,倾斜角度较大时甚至消失。