超临界压力区域失压瞬态传热特性数值研究

采用Ansys Fluent 15.0开展水工质在超临界压力区域失压瞬态传热特性的数值研究。通过对比分析计算结果与实验数据,建立了合理的并适用于超临界压力区域失压瞬态工况的数值模拟方法。数值计算结果表明,在模拟的近临界点瞬态工况参数下,实验段出口流体参数已超过该工况的拟临界点参数,但该参数仍处于物性参数急剧变化的拟临界点附近区域,实验段流体从入口区域的不可压缩流动转变为出口区域的可压缩流动,且拟临界点处的质量流速和压降梯度出现峰值。瞬态工况计算结果与Jackson公式计算结果对比分析表明,在临界点附近区域Jackson公式计算的努塞尔数比本文计算的努塞尔数高出20%~50%。      

90°弯头内流体压力脉动特性的大涡数值模拟

以90°弯头在高温气冷堆内的特殊应用为背景,运用大涡模拟方法对90°弯头内的复杂流场进行了数值模拟,并将时均化处理后的结果与实验结果以及RANS稳态模拟结果进行了综合对比。通过对内、外弧面特定监测点的压力脉动信号进行功率谱密度分析,研究了在流动分离和二次流共同作用下弯头内压力脉动的特点。研究结果表明,压力脉动在内、外弧面上的成因不同。内弧面上最大压力脉动功率出现在弯曲角度50°附近区域,主要由流动分离和涡脱落引起;外弧面上最大压力脉动功率出现在弯曲角度12°附近区域,由流体与外弧面的冲击作用引起。     

基于大涡模拟的波形板汽水分离器数值研究

采用Lagrange-Euler方法对波形板汽水分离器内离散气-液两相流动进行了数值模拟研究。对于连续相,使用大涡模拟(LES)湍流模型替代常见的雷诺平均模型(RANS)进行数值模拟。大涡模拟方法将湍流分为大、小两种尺度,大尺度涡采用直接数值求解,只对小尺度湍流脉动建立模型。此方法不仅可给出更准确的分离效率等整体性能,同时可得到流动的瞬态细节和湍流脉动对液滴的影响,进而获得更为准确可信的液滴轨迹。计算结果表明,大涡模拟得到的结果同实验结果符合良好;与雷诺平均模型相比,大涡模拟可为汽水分离器的机理研究和优化设计提供更基础的模型。     

熔融池相变传热特性的大涡模拟数值研究

研究反应堆熔融池内部的流动与传热特性对保证熔融物堆内滞留具有重要意义。本文基于开源软件OpenFOAM平台,结合大涡模拟湍流方法和熔融池相变过程建立熔融池传热模型,针对典型熔融池传热实验LIVE工况开展数值计算,得到了熔融池内速度场和温度场以及下封头内壁面硬壳厚度和热流密度分布情况。结果表明,熔融池内速度、温度和热流密度随高度或径向角度的增大而增大;硬壳厚度随径向角度的增大而减小;下封头壁面上的热负荷在顶部聚集。传热参数计算结果与实验数据整体符合较好,可以有效反映出熔融池内自然对流与相变过程,验证了计算模型的可靠性,可为进一步研究熔融池相变传热特性提供参考。      

竖直圆管内气泡运动的大涡模拟研究

基于两流体模型框架,使用雷诺平均N-S方程(RANS)和大涡模拟(LES)两种湍流模型对竖直圆管内的绝热离散气 液两相流动进行数值模拟研究。计算结果表明,采用恰当的相间相互作用模型,两种模型的时均模拟结果同实验均符合较好。气泡的壁面聚集现象被准确预测,速度场预测也较为准确。与基于RANS的SST湍流模型相比,采用WALE亚网格应力的大涡模拟得到的结果同实验符合得更好,且大涡模拟可给出流动的瞬态细节。     

不同来源腐殖酸与U(Ⅵ)结合特性差异的实验与分子动力学模拟北大核心CSCD

采用元素分析、化学滴定、光谱分析等方法对三种不同来源腐殖酸(AHA、YHA和EHA)进行了分析表征和官能团测定,系统地研究了不同pH、时间、温度和离子强度下它们与U(Ⅵ)的配位行为,并借助分子动力学模拟方法研究了不同腐殖酸模型与U(Ⅵ)相互作用的溶液动力学,探究了动力学过程、配位结构和作用机理。实验结果表明:三种不同来源腐殖酸的元素组成和官能团类型基本相似,均具有较强的芳香性和共轭双键,但也略有差异。YHA的低H/C原子比、高酸度和高官能团含量表明其腐殖化程度较高,存在高的共轭性或芳香族成分,具有较强的金属配位能力。不同来源腐殖酸与U(Ⅵ)的配位行为存在显著差异,且受pH、时间、温度和离子强度的明显影响。分子动力学模拟表明:单个腐殖酸分子与U(Ⅵ)的配位在很短时间内完成,主要的结合位点为羧基,在水溶液中可自发形成具有显著差异的HA-U(Ⅵ)配位结构,其主要驱动力为静电相互作用。上述研究结果不仅有助于进一步理解腐殖酸存在下铀在环境中的化学行为,对放射性废物的地质处置及安全性评价也具有参考价值。     

基于CFD数值模拟的复合叶轮核主泵压力脉动特性研究

为了降低核主泵在不同工况下运行时的压力脉动,采用数值模拟对核主泵3种不同进口直径的短叶片进行对比。结果表明：短叶片进口直径的改变并未改变叶轮的主频,但随着短叶片进口直径的增加,背面高频值逐渐减小,而工作面高频值却逐渐增大。在小流量工况下不同进口直径的短叶片的压力脉动幅值均较大;在设计工况下叶片背面各监测点在低频区与高频区域的波动能量明显大于叶片工作面各监测点在低频区和高频区的波动能量;大流量工况下叶片背面附近各监测点的低频区带宽及高频区的脉动能量明显增加,叶片工作面附近各监测点的脉动幅值出现较大的增加,短叶片背面附近各监测点的脉动幅值明显高于长叶片背面的脉动幅值。分析结果表明：短叶片进口直径为0.72D₂时,压力脉动在各种工况下运行最小。     

ZIF-67对模拟废水中Co(Ⅱ)和Mn(Ⅱ)的吸附研究

为开发出对放射性废液中长寿期活化产物具有高效选择性的吸附剂,在室温下制备了金属-有机框架（MOFs）材料ZIF-67,并对该材料进行了热稳定性测试以及结构的表征。首次考察了初始pH值、吸附时间和溶液初始浓度等因素对ZIF-67吸附Co(Ⅱ)和Mn(Ⅱ)的影响。结果表明：ZIF-67属于微孔材料,具有良好的水热稳定性。在pH为6.0、温度为30℃、初始浓度为500 mg/L的条件下,ZIF-67对Co(Ⅱ)和Mn(Ⅱ)的饱和吸附容量分别达到305.63 mg/g和197.43 mg/g。ZIF-67在混合金属离子溶液中对Co(Ⅱ)、Mn(Ⅱ)和Ni(Ⅱ)具有良好的选择吸附性能。因此,ZIF-67在实际放射性废液中活化产物的处理中有良好的应用前景。     

水平光管内超临界水在大比热容区内的传热与交混特性数值模拟研究

对超临界压力水在管径为32 mm 3 mm、长度为8 m的水平光管内的流动和传热特性进行数值模拟研究。探讨不同压力、流量、热负荷下管内换热系数的变化特征;重点分析超临界水的交混特性,对比分析流动通道内二次流动的特性及演变规律,进而对二次流动的变化规律给出合理的解释;利用无量纲的Gr/Re2和Gr/Re2.7对交混特性中自然对流与强制对流的相对大小进行定量描述,以解释超临界水在水平管内的流动与换热特征。     

基于Monte-Carlo模拟和峰形拟合的CdZnTe探测器G(E)函数简便计算方法研究

提出了一种简便的CdZnTe探测器能谱-剂量转换函数(G(E)函数)的计算方法。峰形拟合函数被用于表征CdZnTe探测器对γ射线的低能拖尾,峰形拟合函数的参数通过实验测量获取,并通过拟合得到其随能量变化的关系。Monte-Carlo模拟计算得到的探测器理想沉积谱,经峰形拟合函数卷积得到了修正的模拟能谱,修正的模拟能谱与实际测量能谱吻合较好。基于修正的模拟能谱计算得到了CdZnTe探测器的G(E)函数。标准辐射场中的实验结果表明,用G(E)函数加权积分计算的周围剂量当量率与约定真值基本一致。     

新型氮气稳压器系统稳态和瞬态特性研究

根据氮气稳压器系统的基本理论模型,分析了氮气稳压器的稳态和瞬态运行特性,得到了两种不同波动流量工况下,稳压器压力、水位、水区焓、水区质量、氮气温度及氮气体积随时间的变化特性.结果表明:当波动流量为正波动时,稳压器的压力、水区质量、水区焓、水位、氮气温度均呈上升趋势,氮气的体积降低;而当波动流量为负时,各参数变化规律相反.研究表明,氮气稳压器的响应特性较好.两种工况下主要参数的变化趋势与理论分析相一致,但对该模型的实验验证以及控制研究仍需在将来的工作中进行.     

提高动态温度和压力测量精度及其可靠性分析的一种新方法

本文叙述了用 IIR 数字滤波器实现的动态超前校正网络在动态温度和压力测量系统中的设计方法;用频谱分析和超前校正等分析、检验动态测量数据的准确性与可靠性.最后,用三个反应堆动态试验证明该方法的实用价值和意义.     

基于两流体模型的流动沸腾瞬态数值模拟程序

基于两流体模型与固壁非稳态导热模型,结合相关关联式组合,建立了流道内流动沸腾传热的瞬态数值模拟程序。通过不同入口瞬态下流道两相流动沸腾过程的算例计算分析,确认了程序进行流动沸腾瞬态模拟的能力。通过对不同固壁加热条件下流动沸腾行为的算例计算,检验了该程序进行流壁耦合行为模拟的功能。程序可进一步向系统分析程序和子通道程序发展。     

激光驱动冲击压缩下金属Al的高压声速研究

为研究Al材料的高压动态响应特性,采用激光驱动冲击压缩加载法和加窗VISAR法,开展了金属Al样品的高压声速研究,并完成了相关靶物理过程模拟与小尺度靶结构参数设计。实验获得了冲击加载与追赶稀疏物理过程图像,靶样品的纵波声速与理论预估结果相符。     

Effects of Magnetic Field and Ion Velocity on SPT Plasma Sheath Characteristics

The distribution of magnetic field in Hall thruster channel has significant effect on its discharge process and wall plasma sheath characteristics. By creating physical models for the wall sheath region and adopting two-dimensional particle in cell simulation method, this work aims to investigate the effects of magnitude and direction of magnetic field and ion velocity on the plasma sheath characteristics. The simulation results show that magnetic field magnitudes have small impact on the sheath potential and the secondary electron emission coefficient, magnetic azimuth between the magnetic field direction and the channel radial direction is proportional to the absolute value of the sheath potential, but inversely proportional to the secondary electron emission coefficient. With the increase of the ion incident velocity, secondary electron emission coefficient is enhanced, however, electron density number, sheath potential and radial electric field are decreased. When the boundary condition is determined, with an increase of the sinmlation area radial scale, the sheath potential oscillation is aggravated, and the stability of the sheath is reduced.     

核主泵空化过渡过程水动力特性研究

采用流场分析软件ANSYS CFX对核主泵在不同空化工况下的水动力特性进行数值模拟分析,利用Morlet小波变换和快速傅里叶变换对相应数据进行处理分析。结果表明：气体含量随压力的降低或时间的增加呈现出指数变化规律。在空化初生工况,核主泵扬程脉动频率以低频为主,叶轮流道内的压力脉动的主频仍以转频为主,而空化产生的压力脉动对主频的影响不明显。随着空化的发展,空化所诱发的压力脉动对主频、次主频及脉动幅值的影响越来越大,其扬程脉动频率以低频脉动为主。空化严重工况时,扬程脉动频率以无规律变化的脉动高频为主,同时包含近乎规律变化的脉动低频。     

矩形窄缝通道内水稳态和瞬态流动换热特性实验

以去离子水为工质,在压力0.5～5.0 MPa的范围内,对矩形窄缝通道内水稳态及瞬态流动换热特性进行了实验研究。结果表明:矩形窄缝通道在水平和竖直放置以及稳态和瞬态条件下,水的流动换热特性呈现出基本相同的规律。层流向紊流过渡区域的雷诺数(Re)为900Re1300,比常规通道提前,单相摩擦阻力系数比常规通道大;采用Dittus-Boelter公式的形式拟合得到了新的换热实验关联式,其系数较Dittus-Boelter公式的系数约小11.3%。在稳态条件下,紊流区换热系数随质量流速的增加而增大,增大趋势比较明显;换热系数随热流密度的变化不明显;压力对单相强迫对流换热特性基本没有影响。     

入口速度比对同轴喷射流三维温度振荡影响的实验研究

实验测量同轴喷射流模型三维温度场和二维速度矢量场,分析不同入口速度比对三维温度振荡的影响。实验结果表明：R<1时,冷热流在底部完成了混合行为,平均温度不呈轴对称分布,而R≥1时,呈轴对称分布,但流体瞬态温度不呈轴对称分布。随着R的增加,冷流随高度增加温度上升的梯度减小,而热流温度下降的梯度则增大;R>1时,流场温度振荡强度小于R≤1的,其强温度振荡发生在冷热流之间和热流与环境流之间的区域。不同R下,温度振荡主要频率均分布在7Hz以内。     

倾斜内螺纹管中亚临界及超临界压力汽-液传热特性研究

在p=9～28MPa,G=600～1200kg/(m2ˇs),q=200～600kW/m2的工况范围内,研究了φ38.1×7.5mm倾斜上升内螺纹管(水平倾角α=19.5°)中亚临界以及超临界汽-液的传热特性。试验结果表明在亚临界压力区,内螺纹管有效地抑制了膜态沸腾的发生,但近临界压力区内螺纹管传热强化作用减弱;超临界压力区内螺纹管的传热良好;工程设计时要保证足够的管内最小质量流速;文中还给出了临界质量流速的试验关联式。     

高放废物处置库雅满苏和天湖地段地下水化

新疆雅满苏和天湖地区是我国高放废物处置库场址的主要预选地段之一。在高放废物处置库选址和评价中,水文地球化学特征是最重要的评价因素之一。在2009-2013年间,开展了雅满苏和天湖地段区域水文地球化学调查,采集地下水样品30余组,根据样品测试结果,讨论了该地区水文地球化学特征,其主要结论是：研究区地下水主要为高矿化的咸水。地下水的pH=7.69～9.64;水温11.8～24.0℃;地下水矿化度（TDS）在542.7～413375.5 mg/L之间变化,地下水的主要化学类型为Cl•SO₄-Na、SO₄•Cl-Na和Cl-Na型。控制地下水化学形成的主要作用是溶滤作用和蒸发浓缩作用。