Analysis on Characteristic of Forced Circulation Flow Rate Pulsation under Rolling Condition

对摇摆条件下的单相强迫循环流量脉动特性进行实验研究,并通过受力分析研究影响流量脉动的主要因素.研究表明:摇摆运动能否造成强迫循环流量出现周期性的脉动主要取决于泵驱动压头与附加惯性力的相对大小.摇摆幅度或频率越大,流量脉动幅度越大；循环泵驱动压头越大,流量脉动幅度越小；当驱动压头与附加惯性力的比值达到一定值后,摇摆运动发生前后流量不再出现明显变化.     

海洋运动对自然循环流动影响的理论分析

以一体化全功率自然循环反应堆模拟实验回路为物理原型,建立了非惯性系下自然循环流动理论分析模型。分别计算了稳态、横摇、纵摇、横倾、纵倾、起伏以及复合运动条件下满功率的自然循环流动,分析了附加惯性力对流体作用的机理。结果表明,摇摆附加惯性力引起各段流体波动,但不是导致堆芯流量波动的直接原因;起伏改变驱动压头大小,各段流量波动一致;倾斜工况下,不同空间位置的流道流量变化不同,堆芯流速下降。     

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。     

摇摆参数对自然循环下波谷型脉动的影响

针对摇摆条件下自然循环波谷型脉动进行研究,构建了计算波谷型脉动的模型并进行了分析,计算结果和实验值符合较好。分析结果表明:对于摇摆运动下的波谷型脉动,在其整体流动波动过程中起主导作用的是摇摆运动引起的附加压降,而在波谷附近,由于产汽的影响,局部摩擦压降和重位压降交替主导流动,并最终诱发波谷处的流动不稳定性;摇摆振幅和频率越大,即摇摆程度越剧烈时,摇摆附加压降波动越剧烈,流量、壁温等热工参数变化越剧烈,波谷型脉动起始点对应功率也越低。     

摇摆条件下小型反应堆堆芯入口流量分配特性数值分析

为研究摇摆条件下小型反应堆强迫循环时堆芯入口处冷却剂的流量分配特性,采用数值计算的方法,使用计算流体力学（CFD）软件STAR-CCM+建立小型反应堆模型,完成模型验证,开展摇摆条件下反应堆堆芯入口流量分配特性研究。结果表明,堆芯入口位置距摇摆轴的距离越大,摇摆幅度越大,堆芯入口冷却剂流量波动越大;长周期摇摆对流量影响较小,但随着摇摆周期减小,冷却剂流量会发生跃变。堆芯入口冷却剂分布不均匀程度随摇摆幅度的增加而增加,但对摇摆周期变化并不敏感。     

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。     

摇摆对矩形窄通道内单相水流动特性的影响

常温常压下,实验研究摇摆对矩形窄通道内单相水流动特性的影响。结果表明,驱动压头较低时,雷诺数及摩阻系数呈周期性波动,摇摆越剧烈,波动幅度越大;驱动压头较高时,雷诺数周期性波动不明显,摩阻系数波动幅度减小。出口通大气的实验段,摇摆振幅对摩阻系数波动幅值及波形均有影响,摇摆周期只影响摩阻系数波动幅值。摇摆运动对流动特性的影响随雷诺数的增加而减弱。摇摆对矩形窄通道内单相水平均摩阻特性没有明显影响。     

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。     

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。     

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.     

摇摆运动引起的波动与自然循环密度波型脉动的叠加

针对海洋条件(即摇摆工况)下．核动力装置自然循环流动不稳定的特点进行了实验研究结果表明,摇摆引起的流量波动的附加量与自然循环密度波型脉动的流量脉动相叠加．加剧了系统的不稳定．通过频谱分析,分析了叠加效应的强弱。     

摇摆条件下窄矩形通道内两相流动瞬态阻力特性研究

摇摆条件下的气液两相流动受摇摆引起的附加惯性力的影响,致使其摩擦阻力特性发生改变。本工作在摇摆周期为8、12、16 s和摇摆振幅为10°、15°、30°的条件下,对窄矩形通道（40 mm×1.6 mm）内空气-水两相流动的瞬态阻力特性进行了研究。结果表明：摇摆时瞬态摩阻系数的变化呈明显周期性;气相质量含气率越大,摩擦压降的波动幅度越大;摇摆周期越小,振幅越大,摩擦压降的波动幅度越大。给出1个用于计算摇摆条件下两相摩阻系数的关联式,92.5%的计算值的相对误差在±20%以内     

两相流动中摇摆引起的附加作用分析

对摇摆条件下竖直、水平和倾斜3种布置形式的管路系统中两相流动附加惯性力及由附加惯性力引起的附加压降进行详细的推导,并给出具体的附加惯性力及附加压降计算关系式。通过对比流动方向上由于摇摆引起的附加惯性力及重力分量的波动幅度,发现重力分量的波动是影响流动特性的主要因素。同时对竖直管道中附加压降计算式进行实验验证,结果表明计算式能很好地预测附加压降的变化规律,可用于摇摆条件下管内附加压降的计算。     

非对称加热下摇摆对并联双通道管间脉动特性的影响

采用理论分析与RELAP5/MC程序计算相结合的方法,研究了非对称加热条件下摇摆运动对并联双通道管间脉动特性的影响。结果表明,摇摆运动会引起周期等于摇摆周期以及1/2摇摆周期的流量波动,当摇摆引起的流量波动周期与系统固有热工水力振荡周期接近时,会发生共振效应,从而使密度波振荡提前发生。增大摇摆幅度及通道到摇摆中心的距离可增强流量波动幅度,降低系统稳定性。     

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。     

摇摆作用下矩形流道内单相流动与换热数值模拟

采用Fluent计算流体力学软件,通过修正动量方程考虑摇摆所造成的附加惯性力的影响,对摇摆竖直矩形窄流道内单相流动与换热过程进行了数值模拟.附加惯性力的影响通过用户自定义函数(UDF)在动量方程源项中实现.模拟结果显示,在摇摆作用稳定后,流量和温度都会在静止值附近正弦波动,且波动周期和摇摆周期一致；流量和温度波动的极值...     

摇摆条件下棒束通道流场特性研究

由于海洋条件下反应堆处于非稳态工况，会产生倾斜、摇摆、起伏等运动，这些运动将会在棒束通道中引入额外的惯性力场，对棒束通道中的流场会有额外的影响，因此有必要对摇摆条件下的棒束通道进行研究。本文基于粒子图像测速（PIV）技术开展了摇摆条件下节径比为1.326的棒束通道内流场分布特性研究。对比了相同流量条件下稳态工况与瞬态工况下流场分布差异，分析了同一加速度时棒束通道内不同位置的流场分布特征。实验结果表明：摇摆运动对棒束通道中部的影响较小，对通道两侧的影响较大。通道两侧的速度场呈现周期性波动，波形为反相。在流量较低的情况下会出现倒流现象，但定位格架此时对上游并未造成横向速度影响。研究表明摇摆运动引起的流场变化与脉动流引起的流场变化有较大差异，其中脉动流造成的速度场变化是均匀脉动的，而摇摆引起的速度场是在通道两侧呈现反相波动。     

摇摆对非能动余热排出系统自然循环能力影响的试验研究

在摇摆台架上对摇摆条件下的非能动余热排出系统的自然循环能力及其相关特性进行了试验研究。分析了附加压降和重位压降对流动特性的影响,以及摇摆条件下的重位压降和流动阻力对流速的影响。结果表明:摇摆条件下,非能动余热排出系统自然循环能力下降。摇摆振幅越大,平均凝水流量越小,波动幅度越大;凝水流量最小值随摇摆振幅的增大而下降很多,但凝水流量最大值变化较小。系统参数变化与摇摆周期关系不大。附加压降不会对平均流速产生影响,重位压降对平均流速的影响与周期无关。重位压降对流速的影响比流动阻力的影响小得多。随着摇摆振幅的增加,流动阻力对平均流速的影响略有降低。     

摇摆条件下水平圆管内湍流压力脉动特性分析

一回路设备在设计时需考虑压力脉动的影响,而在海洋条件下,船体的运动会影响压力脉动,因此需要考虑海洋条件对压力脉动的影响。本文建立了海洋条件下的附加惯性力模型,通过自定义函数将该模型应用于Fluent求解器中,采用大涡数值模拟方法对细长管道进行数值计算,得到不同摇摆频率及雷诺数下的流场结果,并对监测点进行时域与频域分析,获取到监测点处的压力均方根及功率谱密度曲线。分析结果表明：在湍流充分发展区,压力脉动量相对于平均压力而言为小值;湍流压力脉动随着船体摇摆频率/雷诺数的增加而增加;随着雷诺数的增加,其对湍流压力脉动的影响减小,但摇摆条件增大了雷诺数对压力脉动的影响。     

摇摆条件下矩形通道内单相水强制循环流动特性研究

常温常压下,以去离子水为工质,对摇摆条件下矩形通道单相流动特性进行了研究.根据实验测得的压降,求出了摇摆条件下单相水的平均摩擦阻力系数.实验结果表明,摇摆工况下,闭合回路流量呈周期性波动.摇摆运动的频率和振幅越大,则回路的平均流量越小,流量波动幅度越大.摇摆状态下平均摩擦阻力系数比稳态值大,平均摩擦阻力系数值取决于摇摆...