自然循环过冷沸腾流动不稳定性的实验研究

以氟里昂作工质,对自然循环过冷沸腾流动不稳定性进行了实验研究,重点研究了流动不稳定性的发生机理以及系统操作参数对流动不稳定性的影响规律：实验结果证实,在自然循环系统内,多数运行工况下会同时发生高频脉动和低频脉动两类流动不稳定性：高频脉动属于声波型脉动,低频脉动属于密度波型脉动。通过实验得出了判断系统稳定性的界限,并使用积分方程无因次分析方法得出了预测流动不稳定性的准则关系式,利用准则关系式拟合实验数据,所得的经验公式与实验结果符合良好。     

平行通道自然循环流动不稳定性研究

运用分相模拟对核电站一回路平行通道自然循环回路进行了数值计算。以集总参数法推导数值求解方程,采用梯度法对平行通道进行数值模拟,力求对各通道的稳定性以及通道间相互影响规律作出分析,通过对三种工况进行的数值计算,计算结果令人满意。     

自然循环过冷沸腾流动不稳定性实验研究

对自然循环过冷沸腾高频脉动进行了实验研究.实验结果表明,高频脉动为声波型脉动.通过实验分析,确定了声波型脉动发生的3种类型和声波型脉动发生的边界,并分析了影响其产生的因素.进一步分析证实汽泡脱离点与声波型脉动的产生和消失有直接关系,据此得出了声波型脉动发生的经验关系式.     

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。     

低压高过冷度下自然循环流动不稳定性实验研究

对具有长直上升段的自然循环系统,开展了流动不稳定性实验研究。同时,详细分析了低压、高入口过冷度条件下典型的流动不稳定现象。实验表明：自然循环系统的结构、流体的热边界条件会影响自然循环的运行特性及流动不稳定性类型。较高入口过冷度下,高热流密度导致系统脱离稳态后,很难重新回到稳定的两相自然循环流动状态。随着热流密度的提高,系统会经历间歇沸腾、复合动态流动不稳定性等状态。依据实验结果得到了高入口过冷度下的不稳定性边界图。在两相振荡期间,自然循环驱动压头和回路阻力的主要影响因素集中在长直上升段和加热段。加热段出口积聚的大量气泡对上、下游流体的强烈挤压作用是流量大幅振荡及逆流的主要原因。     

摇摆对棒束通道自然循环流动不稳定性影响研究

为掌握摇摆条件对于自然循环流动稳定性的影响规律,本研究利用带棒束加热通道的自然循环回路实验系统,开展静态与摇摆条件下的流动不稳定性实验对比研究。实验研究发现,静态条件下棒束通道内存在的流动不稳定性为密度波型脉动（DWO）,并形成了预测低压自然循环DWO发生边界的经验关系式;摇摆条件下棒束通道内存在2种典型的两相流动不稳定类型,分别为由棒束通道在流量波动最低点产汽所引起的波谷型脉动和由波谷型脉动和DWO叠加而成的复合型脉动,并分析获得了摇摆影响下自然循环流动不稳定行为的演化规律及其不稳定边界。     

自然循环窄矩形通道ONB点未确知数学建模研究

过冷沸腾起始点是自然循环流动换热中的关键特征点。基于未确知数学原理,利用所搭建的自然循环实验台架取得实验数据,建立矩形窄通道过冷沸腾起始点(ONB点)未确知热流密度数学模型。通过进行未确知数学计算结果分析,划分出可用区间、置疑区间、剔除区间。结果表明,未确知数学模型能更好地处理未确知信息,增强对实验值的表达,有效地对ONB点热流密度进行准确、全面的描述。     

倾斜条件下并联矩形通道流动不稳定性实验研究

以截面尺寸为50 mm×2 mm的矩形并联双通道为实验本体,开展了倾斜条件下密度波流动不稳定性实验研究。主要参数范围为：压力,3～8 MPa;质量流速,300～800 kg/(m²•s);入口温度,180～270 ℃;倾斜角度,0°～30°。通过分析实验结果,得到了系统压力、质量流速、入口过冷度以及倾斜角度对流动不稳定性界限参数的影响规律,基于过冷度数N_sub和相变数N_pch绘制了流动不稳定边界,并通过实验数据拟合了包含Froud数和Δρ/Δρ_g的不稳定边界准则关系式。研究发现,在实验工况范围内,倾斜条件对密度波流动不稳定性无明显影响。     

自然循环棒束形通道流动不稳定性起始点研究

针对自然循环条件下3×3棒束形通道内流动不稳定性起始点（OFI）进行了实验和RELAP5数值模拟研究。通过对实验数据进行处理,得出了计算自然循环条件下棒束形通道内OFI对应的热流密度的经验关系式,计算的最大相对误差为20.10%。运用驱动力方法分析了OFI的产生原因,计算结果表明：棒束形通道加热段出口处因过冷沸腾产生气泡,使得自然循环冷热段密度差大幅增大,进而使总驱动力增大,最终促使了OFI的产生。RELAP5对于低压自然循环OFI计算适用性好,其对OFI的计算结果较实验结果更不保守。     

窄矩形通道自然循环流动停滞与临界热流密度研究

在华北电力大学自然循环实验室进行了自然循环条件下窄矩形通道内的临界热流密度(CHF)实验,对实验中出现的流动停滞及传热恶化现象进行了观察。提出自然循环饱和沸腾条件下,窄矩形通道内的流动停滞-传热恶化发生机理。即自然循环流量漂移发生后会产生流型变迁不稳定,继而造成流量的持续波动,并导致停滞现象,从而使出口附近的液膜层在一定的热流密度下被完全蒸发并引起CHF现象。而窄矩形通道内,由于受间隙尺寸的限制,蒸汽流对加热面上的液膜层产生挤压作用,加热面上液膜层厚度因此会变得较薄,在较小的加热量下便能发生传热恶化。基于机理分析,给出了相应的计算模型。引入了考虑窄通道间隙尺寸效应的无量纲约束数Nconf和反映自然循环流动特点的特征因子C,分别对模型进行了修正。根据实验结果,对计算模型进行了多元回归拟合,并对其准确性进行了验证。通过对实验结果与模型计算值的比较发现,随着通道入口流速和系统压力的增大,CHF均增大;而随着出口干度的增大,CHF会减小。     

自然循环静态流动不稳定研究

研究了发生静态流量漂移时自然循环系统中流量和加热段进出口温度的变化规律及静态流漂移过程中发生的动态流量振荡现象。研究结果表明：在发生静肪流量漂移时,系统循环流量下降,、加热段的进口温度下降而出口温度上升;当静态流量漂移一段时间后,伴随着静态流量漂移,系统内同时发生动态流量振荡。在对现象描述的基础上,阐述了静态流量漂移发生的机理。     

摇摆运动对自然循环流动不稳定性的影响

分析研究了摇摆运动下的自然循环流动不稳定性和摇摆对不稳定性的类型以及不稳定性起始点的影响.结果表明,摇摆使流动不稳定性提前发生,改变了不稳定性的类型,摇摆引起的波动和密度波型脉动发生叠加.摇摆运动下自然循环存在两个稳定区域,在这两个区域中间包含着不稳定区域.     

运动条件下并联矩形双通道流动不稳定性实验研究

在P为3~8 MPa的压力范围内,以截面尺寸为50 mm×2 mm的矩形并联双通道为实验本体,开展静止条件和倾斜、起伏、摇摆等运动条件下的密度波流动不稳定性实验。在时域和频域内,分析运动条件对流动失稳现象的影响。通过对比静止条件下的实验结果,分析运动条件对流动不稳定边界的影响。最后基于实验数据,拟合了流动不稳定边界的经验关系式。     

起伏条件下自然循环密度波不稳定性研究

以自编程序运动条件下自然循环分析程序PNCMC研究起伏条件下两相自然循环密度波不稳定性。研究表明:起伏条件下自然循环系统会发生密度波流动不稳定性现象,起伏引起的流量振荡动与密度波振荡相叠加,最终形成复杂的复合振荡;在长周期(13、23 s)起伏时流量的振荡周期与起伏周期相等,但一个起伏周期内存在多次振荡;在短周期(3 s)起伏时,复合振荡存在着2种状态,低功率时的复合振荡周期性差,表现出不可预测的在某个起伏周期内振荡的突然增强;高功率时,复合振荡表现出较好周期性;起伏条件下系统稳定边界是整体上移,而且周期越小,上移量越大。     

两相自然循环系统压降震荡流动不稳定性起始点研究

对两相自然循环系统的压降震荡流动不稳定起始点进行研究。实验研究发现当实验本体流体出现充分发展的过冷泡核沸腾后,由于汽泡大量产生,以及稳压器上部在可压缩气体的作用下,自然循环回路与稳压器之间出现波动流量,自然循环系统出现压降震荡型流动不稳定。Bowring模型和Saha-Zuber模型预测实验本体出口发生充分发展欠热泡核沸腾的功率值与与自然循环系统的压降震荡流动不稳定起始点功率实验数据的偏差在8%以内。因此,充分发展的过冷泡核沸腾起始点可认为是自然循环系统的压降震荡流动不稳定起始点。     

窄矩形通道内低压两相自然循环流量漂移实验研究

在自然循环实验台架上进行窄矩形通道自然循环流量漂移实验研究。当加热到一定功率时,系统开始出现自然循环流量漂移,且流量漂移过程中伴随着流量振荡;整个系统的稳定性随着入口流体欠热度、压力、缝隙宽度的增加而增大。通过欠热度数、相变数等参数绘制出系统的稳定性曲线。发现窄矩形通道流量漂移存在4阶段机理,并提出窄矩形自然循环流量漂移起始功率经验关系式。     

摇摆对自然循环流动和换热影响的实验研究

针对摇摆条件下单相水自然循环流动和换热特性进行实验研究。实验结果表明,相对于不摇摆工况,摇摆条件下自然循环的流量减小。摇摆的频率和振幅增加时,流量相应减小,换热能力增强。通过实验数据的拟合得出了适用于个别摇摆条件下自然循环流量和换热的经验关系式。