改进型低温供热堆二次侧非能动余热排出系统不稳定性分析

研究了改进型低温供热堆非能动余热排出系统不稳定性问题。采用RELAP5程序计算分析了非能动余热排出系统瞬态响应情况,余热排出系统冷凝管内由于压力与两相段长度不匹配出现冷凝两相流不稳定性。采用RELAP5程序数值计算所得冷凝流动稳定性边界与Bhatt公式理论分析结果符合良好。增大冷凝管入口节流,增加冷凝管流通面积、换热面积,可以避免冷凝流动不稳定性。     

并联矩形通道流动不稳定性模型研究

针对并联矩形通道,基于积分法建立包括入口段、加热段和上升段的并联通道流动不稳定性模型,开发并联矩形通道流动不稳定性分析程序,并采用国内外并联通道流动不稳定性实验对程序进行验证;其次,采用计算分析程序分析并联矩形双通道系统压力、入口及出口节流等条件对矩形双通道流动不稳定性边界和系统脉动频率的影响。分析结果表明,不同压力下系统流动不稳定性边界和系统脉动频率分布重合,但对相同入口过冷度工况,随着压力增大,系统稳定性增强,系统脉动频率增大;随着入口阻力系数增加和出口阻力系数减小,系统稳定性增强,系统脉动频率增大。     

不对称节流和不对称加热对平行双通管间脉动特性影响实验

研究不对称工况的参数有助于理解和消除平行通道管间脉动,提高系统的稳定性.在热工实验回路上,采用两根平行的圆管进行了不对称节流与不对称加热对管间脉动特性影响的实验研究.结果表明,随着进口节流不对称度增加,界限热功率增加,对脉动周期影响不大,脉动振幅存在非单值性变化;随着加热不对称度增加,界限热功率降低,对脉动周期影响不大,脉动振幅增大.通过整理分析,得到了不对称工况参数下的管间脉动界限判定公式.     

不对称节流和不对称加热对平行双通道管间脉动特性影响实验

研究不对称工况的参数有助于理解和消除平行通道管间脉动，提高系统的稳定性。在热工实验回路上，采用两根平行的圆管进行了不对称节流与不对称加热对管间脉动特性影响的实验研究。结果表明，随着进口节流不对称度增加，界限热功率增加，对脉动周期影响不大，脉动振幅存在非单值性变化；随着加热不对称度增加，界限热功率降低，对脉动周期影响不大，脉动振幅增大。通过整理分析，得到了不对称工况参数下的管间脉动界限判定公式。     

多管平行通道管间脉动影响因素试验研究

试验研究了主要运行参数和通道进口节流压降对由7根传热单管组成的平行通道试验体管间脉动的影响。结果表明：在本试验参数范围内．给水温度增加．管间脉动幅值增加．但给水温度对管间脉动的影响并非线性关系;蒸汽压力增加可减小管间脉动的幅值,但不影响脉动的周期：给水流量增加会减小脉动幅值．提高脉动频率;输入功率增加可提高二次侧的流动稳定性．反之会加大对管间脉动的影响;节流压降增加,试验系统的稳定性明显增加。     

大L/d倾斜并联光管汽-液两相流不稳定性实验研究

在高压高温试验台上对倾斜并联管汽-液两相流不稳定性进行了实验研究,观察到了压力降型和密度波型等两类不稳定性脉动。在试验管长与管内径比L/d>1200条件下,没有上游可压缩容积时也发生压力降型脉动。系统压力、质量流速、热负荷和进口过冷度等参数对不稳定性有显著的影响。实验表明,在倾斜并联管中,压力降型脉动出现在含气率较低的水动力曲线负斜率段,为两管整体脉动;而密度波型脉动出现在含气率较高的正斜率区域,呈管间脉动。经过对比发现,倾斜并联光管的脉动特性与垂直并联管类似。     

平行通道流动不稳定性研究

并联通道的不稳定性是两相流学科中的重要研究方向。本文针对强迫循环并联环隙窄缝通道系统,使用RELAP5/MOD3.4程序进行分析,研究了平行通道系统的流动不稳定特性。指出在加热通道的水力直径较小时,平行通道系统中存在管间脉动和管间流量漂移两种不稳定现象。根据水动力特性曲线的特性,分析了这两种不稳定现象的形成及发展过程,得出主要运行参数对平行通道管间流量漂移不稳定性的影响规律。     

物理模型及边界条件对直流蒸发管两相流不稳定性边界影响研究

本文研究不同边界条件及物理模型对两相流不稳定性边界的影响。采用RELAP5程序模拟直流蒸发管内的两相流不稳定性实验工况,对计算程序和模型进行验证,分析恒定流量及恒定压降两种边界条件、并联管数量、轴向功率分布形式和传热管热容等不同边界条件和物理模型对不稳定性边界的影响。结果表明：恒定压降边界条件下,单根管、2根并联管和多根并联管的不稳定性边界差别小于5%;恒定流量边界条件下,多根并联管不稳定性边界和2根并联管相比差别小于5%,而与单根管不稳定性边界的差别则超过100%;并联管根数相同时,恒定流量边界条件的稳定性好于恒定压降边界条件;沿流动方向（轴向）功率递增分布时,系统稳定性好于沿流动方向功率均匀分布,沿流动方向功率均匀分布时,系统稳定性好于沿流动方向功率递减分布;当管壁厚度为0~20 mm时,管壁热容对不稳定性边界几乎没有影响。     

并联通道内超临界水流动不稳定性的数值模拟研究

超临界水的流动不稳定性特征研究是超临界水冷堆热工水力设计的重点,为进一步获得超临界水流动不稳定性发生的内部机理,采用系统分析程序RELAP5对已有实验本体进行建模,并基于已有超临界水不稳定性实验数据开展了计算方法的验证;系统研究了并联通道内超临界水的流动不稳定性规律,并对比研究了超临界水与亚临界水的不稳定边界。结果表明,超临界水的流动不稳定界限功率随入口温度的增加存在变化拐点;相同入口温度下,随压力上升,不稳定界限功率增加,超临界水相比亚临界气-液两相流具有更好的稳定性;无量纲准则数在超临界条件下具有适用性,超临界水不稳定性变化规律与亚临界水具有相似性。     

水平管冷凝流动不稳定性分析

通过搭建水平管模型,采用RELAP5程序模拟计算了冷凝管内冷凝流动不稳定性现象,程序计算的稳定性边界与Bhatt理论稳定性公式计算结果符合良好。瞬态分析结果表明,冷凝管内气体压力与两相段长度不匹配是造成冷凝流动不稳定性的主要原因,进而引起冷凝出口流量震荡。冷凝管参数影响分析表明,更小的流动管径与更大的流通截面积有助于冷凝流动稳定,而入口流量的影响则相对复杂。     

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。     

直流蒸汽发生器稳态与瞬态特性数值模拟

直流蒸汽发生器内二次侧流体被一次侧流体加热,其轴向热流密度分布与两侧流体运行参数密切相关。采用RELAP5/MOD4.0程序对直流蒸汽发生器的稳态与瞬态运行特性进行数值模拟研究,获取了直流蒸汽发生器热工参数的振荡特征,并进一步探究了一个周期内不同时刻的二次侧流体的质量流量、热流密度及管壁温度的瞬时轴向分布以及二次侧入口节流对流动振荡的影响。结果表明:对流加热工况下轴向热流分布主要取决于一次侧流体和二次侧流体之间的温差。当直流蒸汽发生器内发生密度波振荡时,一次侧出口温度及总加热功率均剧烈振荡。干涸点的位置大幅移动,且其附近的壁温强烈波动,可通过增大二次侧入口节流抑制流动振荡。     

直流蒸汽发生器稳态与瞬态特性数值模拟

In once through steam generators, the secondary fluid is heated by the primary fluid. Therefore, the axial heat flux distribution is related to the operational parameters of the fluids in both sides. The RELAP5/MOD4.0 code is adopted to perform the static and transient simulations of a once through steam generator. The temperature, thermal equilibrium quality and heat flux distributions under both heating modes are analyzed and compared. The oscillation behavior of the once through steam generator is discussed and the instantaneous axial profiles of secondary mass flow rate, heat flux as well as tube wall temperature corresponding to four representative times in an oscillation period are further investigated. Finally, the effect of increasing the secondary inlet throttling is studied. The results show that the shape of heat flux distribution under convective heating mainly depends on the temperature difference between primary fluid and secondary fluid. When density wave oscillations occur in the once through steam generators, the primary outlet temperature and total heating power oscillate intensely. The location of the dryout point moves greatly and the tube wall temperature fluctuates most violently in its vicinity. Flow oscillation could be suppressed by increasing the inlet throttling of the secondary side.     

热工水力参数对矩形双通道管间脉动的影响

在中国核动力研究设计院热工试验回路上进行了矩形双通道管间脉动试验.对各种热工水力参数的试验研究后得出结论:随着进口过冷度的增加,界限热流密度增大,脉动振幅增大,脉动周期变长,进口过冷度对界限含汽率的影响表现出一定程度的非单值性;随着进口质量流速的增大,界限热流密度增加,界限含汽率减小,脉动振幅增大,脉动周期变短;随着系统压力的升高,界限热流密度和界限含汽率增加,脉动振幅减小,系统压力对脉动周期的影响表现出一定程度的非单值性;根据进口过冷度数Nsub和相变数Npch绘制出的脉动界限图,拟合出判断管间脉动界限的准则关系式:Npch＝3.1419 Nsub 10.014.     

针对REPEC加热实验的RELAP5程序模拟与分析

为研究压力容器外部流道的冷却能力及流动传热过程,在反应堆压力容器外部冷却(REPEC, Reactor Pressure vessel External Cooling)实验台架前期加热实验的基础上,采用RELAP5程序对实验工况进行模拟和对比。模拟结果与实验数据一致性较好。随加热热流、进出口面积的增加,系统内自然循环流量也增加;入口欠热度对自然循环流量的影响不是很明显;近饱和沸腾条件下,系统出现明显的两相不稳定流动。     

基于RELAP5的ERVC两相自然循环能力研究

利用RELAP5程序建立压力容器外部冷却（ERVC）系统模型,在水淹平衡条件下分析不同的安全壳内压力、冷却水过冷度、加热功率和水淹水位对系统两相自然流动能力的影响,找到各工况下的临界过冷度和不稳定性边界。结果表明：AP1000的ERVC系统设计具有很大裕量,仅依靠自然循环就可通过下封头对熔池进行有效冷却;安全壳内压力越高、冷却水过冷度越低、加热功率越大、水淹水位越高,两相自然循环流量越高。但当加热功率水平较低时,压力对临界过冷度影响不大;冷却水过冷度低于临界值时,会发生剧烈的倒流和流量震荡现象;当水淹水位低于5.5 m时,不能建立稳定的两相自然循环流动。     

Thermal-Hydraulic System Study of the Helium Cooled Pebble Bed （HCPB） Test Blanket Module （TBM） for ITER Using System Code RELAP5

The HCPB concept has been a European DEMO reference concept for nearly one decade. Detailed thermal-hydraulic study on the control behavior of the whole system is one of the important parts of this development. The thermal-hydraulic effect of the TBM-combined cooling circuit during a cyclic operation in ITER has been studied using the system code RELAP5. The RELAP5 is based on an one-dimensional, transient two-fluid model for the flow of a two-phase steam-water mixture that can contain noncondensable components like Helium. The RELAP5-models are modified to take the cyclic operation of the circulator, heat exchanger, bypass, valves etc in to account. A sequence of operational phases is investigated, starting from the cold state through the heating phase that brings the system to a stand-by condition, followed by typical power cycles applied in ITER. The results show that the implemented control mechanisms keep the inlet temperature to the TBM and the total mass flow rate at the required values through all phases.     

大功率先进压水堆压力容器外部冷却能力研究

目前压力容器外部冷却（ERVC）作为严重事故管理策略中压力容器内熔融物滞留（IVR）的一部分已得到了广泛应用。本文采用RELAP5系统安全分析程序定性研究一些流动参数和边界条件（如进出口面积、冷却水的入口温度、下封头处的加热功率、下封头处流道的间隙尺寸及注水高度等）对大功率先进压水堆压力容器外部冷却的自然循环能力产生的效应,它为结构的设计和系统的瞬态响应行为提供了一定的分析依据。     

RELAP5程序预测第一类密度波不稳定边界的能力验证

为估算低温核供热堆的第一类密度波不稳定（Type-I DWO）边界,以确定其微沸腾运行模式的参数区间,本文建立了低温核供热堆NHR200相似性实验回路HRTL200的RELAP5数值模型。通过对比模拟结果与实验结果,评价了RELAP5/MOD3.2程序模拟Type-I DWO的一般特性以及预测不稳定边界的能力,分析了进、出口阻力系数、相间摩擦对模拟结果的影响。结果表明,RELAP5程序模拟Type-I DWO 的一般特性与实验符合较好;运行压力不高于25 bar（1 bar=105 Pa)时,程序计算的不稳定边界的过冷度边界值与实验值偏差在3 K以内;运行压力大于30 bar时,采用准确的相间摩擦关系式可以改善预测结果。因此,选取与回路相匹配的相间摩擦关系式后,RELAP5程序可以用于模拟和预测Type-I DWO。