孔板管道下游流动加速腐蚀速率数值模拟研究

采用计算流体力学方法中的k-ε模型模拟了孔板管道下游管壁与流体间的传质系数分布,并利用Sanchez-Caldera流动加速速率预测模型计算了孔板管道下游的流动加速腐蚀速率分布。结果表明,孔径比的减小会导致流动加速腐蚀敏感部位向孔板下游移动,入口流速的增大对孔板下游流动加速腐蚀敏感部位的位置无明显影响,pH值的增大能有效减小流动加速腐蚀速率。     

P11钢在湿蒸汽中流动加速腐蚀性能的模拟与实验研究

在核电厂中,二回路碳钢管道的流动加速腐蚀（FAC）对安全生产造成很大影响。根据工程经验和实验室数据,采用Cr含量超过0.1%的碳钢管道可大幅减轻或避免FAC。Cr含量大于1%的SA335-P11钢以其较好的性价比而多被推荐用于核电站蒸汽管道。为了确认P11钢表面氧化膜在高流速湿蒸汽作用下的稳定性,本文采用小型管状试样进行了FAC实验,得到了试样的减重规律和内表面的腐蚀形貌。实验结果表明,试样入口部分形成了明显的FAC形貌,表面氧化膜破坏严重,而在试样的中部,FAC不明显。CFD模拟结果表明,试样入口处局部流速较平均流速高约24%,表面剪切力大,与实验结果一致。     

流速加速腐蚀引起的碳钢管壁减薄

论述了核电厂高能碳钢系统中流速加速腐蚀（ＦＡＣ）引起的碳钢管壁减薄,介绍了问题的出现,ＦＡＣ的腐蚀机理及其影响因素,ＣＡＮＤＵ ６核电站一回路出口供水管管壁减薄的原因,以及秦山三期ＣＡＮＤＵ机组解决出口供水管管壁减薄的改进措施,以保证核电厂安全可靠经济地运行。     

核电站常规岛系统管道应对流动加速腐蚀设计策略研究

我国核电建设正处于快速发展阶段,而核电站运行的可靠性、经济性是核电站设计的重要原则。作为核电站重要部分的常规岛,其安全可靠运行亦至关重要。汽水管道流动加速腐蚀(FAc)一直是影响核电常规岛可靠运行的重要问题,本文结合FAc现象的产生机理和特征,分析影响FAc的影响因素,通过对常规岛主要汽水管道材料的选取、管道规格的选择、管道布置设计及给水pH的控制等方面进行分析研究,给出在设计阶段应对FAc的策略,对于核电常规岛设计具有借鉴意义。     

多孔介质通道中单相流阻力特性数值模拟

以流体分析软件Fluent6.3为平台,建立了颗粒填充多孔介质通道内单相流体的流动阻力预测模型。结果表明:该预测模型具有较高的计算精度,对于无量纲直径D=0.16、0.1和0.04的多孔介质通道,预测值与实验值间的相对偏差分别小于5%、7%和7%;流动阻力随D的增大而减小;对于多孔介质中单相流体的压降,现有模型中的惯性阻力修正系数CF对计算结果的影响显著,不能对阻力压降进行很好地预测。     

环形燃料混合堆芯横向流动特性数值模拟研究

环形燃料混合堆芯横向流动特性对原堆芯的热工安全具有重要影响。本文基于计算流体力学(CFD)方法建立了3×3环形燃料混合堆芯,通过计算混合堆芯的速度场、局部阻力特性与各组件的出入口流量守恒性,对环形燃料与原堆芯燃料之间的横向流动进行了评价。结果表明,当环形燃料与原堆芯燃料轴向各处阻力一致时,原堆芯燃料出入口冷却剂流量相对偏差小于0.8%,环形燃料出入口冷却剂流量相对偏差小于1.8%,混合堆芯各格架段无显著横向流动。     

随机填充球床通道内单相流动数值模拟方法研究

利用离散单元方法(DEM)建立通道内球体随机排列几何模型,对通道内单相流动进行数值模拟并进行验证。网格划分中的曲面接触区采用搭桥法处理不仅可生成高质量网格,而且使整体网格数量也明显减少。验证结果表明:计算得到的通道内径向孔隙率分布、平均孔隙率以及流动阻力与经典关系式吻合较好;计算模型能够很好地体现出边壁效应对流动阻力的影响。     

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...     

不同状态方程对超临界二氧化碳强迫对流传热中流动加速因子的影响

明显的流动加速效应对超临界二氧化碳强迫对流传热有重要影响。流动加速因子是表征流动加速效应强度的重要无量纲数，在建立流动加速因子过程中需要用到二氧化碳状态方程。理论分析了选取理想气体状态方程和van der Waals方程对建立的流动加速因子合理性的影响，并结合实验数据进行了评估。结果表明，基于van der Waals 方程建立的流动加速因子可以较好地预测流动加速效应引起的传热恶化区域，而基于理想气体状态方程建立的流动加速因子与实验结果存在较大偏差。分析表明体积膨胀系数和体积压缩系数反映了流动加速现象的本质，以体积膨胀系数和体积压缩系数来建立流动加速因子更合理。      

金属铀在水气气氛中加速腐蚀的实验研究

用热重法研究了铀在50～90℃和32%～86%湿度范围的水气气氛中的加速腐蚀,得到了该实验条件下铀的水气腐蚀特性,并对反应的动力学进行了讨论。结果表明:在不同温度、湿度条件下,铀在水气气氛中的腐蚀动力学过程表现为较为明显的3阶段,动力学过程最后为线性反应阶段,该阶段有一稳定的氧化反应速率常数。RH=74.7%时线性反应的活化能约为42.899kJ·mol-1。温度对反应速率的影响明显,温度升高,反应速率加快。     

基于有序堆积球床的单相阻力特性实验研究与数值模拟

以有序堆积球床结构为对象建立数值计算模型,应用CFD方法对球床的单相流动阻力进行计算,并通过与两套有序球床的阻力实验进行比较,在不同流动介质、工况及排列方式下验证CFD方法在单相床层阻力计算方面的适应性。验证结果表明,针对球床结构中单相孔隙流动,CFD方法的计算结果能够较真实的反映球床流动阻力特性,并在一定工况范围内具有较好的计算精度。通过数值计算的结果分别拟合得到单相水和过热蒸汽的阻力关系式,为球床堆芯的水力学设计提供参考。     

Numerical Simulation of Liquid Drop Deposition in Annular-Mist Flow Regime of Boiling Water Reactor

The deposition process of a single droplet on the liquid film is numerically simulated by the Moving Particle Semi-implicit (MPS) method to analyze the possibility and effect of splash occurring in Boiling Water Reactor (BWR) condition. A simple one-dimensional mixture model is used to calculate the necessary parameters for the simulation of deposition. The rationality of the model is confirmed by comparison with the experimental results. A film buffer model is developed to arrange the simulation results. A correlation of the critical impact Weber number for splash is obtained. It is found that splash and subsequent re-entrainment process is significant and cannot be ignored in the high quality condition in BWR.     

基于OpenFOAM的液态金属铅铋三维流动换热特性数值模拟研究

铅铋快堆是第4代核能系统的主要堆型之一,但由于液态金属铅铋的热物性与传统工质如水、空气等有很大不同,假设流动边界层与热边界层相似的雷诺比拟原理已不再适用。本文在开源程序OpenFOAM中开发了基于k-ε-k_θ-ε_θ四因子模型的自定义求解器,考虑热边界层与流动边界层的差异性,对带绕丝棒束通道中液态金属铅铋的流动换热现象进行数值模拟,得到了速度、温度等重要热工水力参数的三维分布,揭示了绕丝对冷却剂流动传热过程的影响规律,并将计算结果与经典实验关联式进行对比,结果符合良好,证明了所用模型和程序的正确性。本研究可为在OpenFOAM中添加新模型、开发自定义求解器以及开展针对液态金属流动换热问题的计算流体动力学（CFD）模拟提供参考。     

延展表面凝结液膜的动量积分方法

采用动量积分方法分析压水堆发生失水事故时在安全壳的内表面上的液膜凝结、再浸润和蒸发过程。由凝结液膜的质量和动量守恒方程导出了凝结液膜在延展表面的子午线方向平均速度的积分-微分方程。假设液膜以层流的方式流动，把导出的积分-微分方程变成容易进行数值积分的液膜速度的一阶常微分方程，由此求得液膜厚度分布。液膜能量守恒方程的解给出了安全壳内壁面的温度分布。     

液态金属内单个气泡上升行为的MPS法数值模拟

液态金属冷却核反应堆采用气泡泵的概念设计来提升堆芯自然循环能力。液态金属内气液两相流动特征将直接影响核反应系统一回路的自然循环能力及堆芯安全。本研究通过采用移动粒子半隐式（MPS）方法,对液态金属中单个上升气泡的气泡动力学行为进行数值模拟。分析了铅铋合金中3种初始直径不同的单个氮气泡在上升过程中的气泡形状和速度的变化趋势;对比了初始直径相同的单个氮气泡在液钾、液钠、铅铋合金、钾钠合金和锂铅合金5种液态金属中的上升行为;同时将模拟得到的气泡形状与Grace经验关系图进行了对比,验证了MPS方法数值模拟结果的正确性。     

蒸汽发生器U型管单相流动不稳定性分析

自然循环条件下,蒸汽发生器并联U型管束内存在单相流动不稳定性,部分U型管内存在倒流现象,对反应堆非能动安全产生负面影响。本文通过对基本守恒方程无量纲处理,采用线性扰动分析理论,获得了Ｕ型管内流动不稳定性判断准则(特征格拉晓夫数)。结果表明,当U型管格拉晓夫数高于特征格拉晓夫数时,管内流动是不稳定的,会出现倒流现象。以某型蒸汽发生器为对象,对U型管束流动不稳定性进行判断,通过与现有判别方法进行对比,验证了建立的U型管内流动不稳定性的判别方法。在此基础上,分析了蒸汽发生器一次侧流体入口密度对倒流现象的影响,发现当入口密度降低时,倒流现象更容易发生。本文结论可为蒸汽发生器优化设计提供一定的理论支持。     

扁管流道流动阻力特性研究

文章以水为工质,对扁管流道的阻力特性进行了实验研究和理论分析,推导出层流区的阻力系数近似解,并拟合了紊流区的经验关系式。结果表明,扁管流道的摩擦阻力系数变化趋势与普通的圆管流道相同,但在数值上明显高于后者,流态转换区域也较圆管滞后。本文推导出的摩擦阻力系数理论计算式和拟合的经验关系式均有较高的计算精度,计算值与实验值间的相对偏差均在4%以内。     

管束外垂直上升汽液两相流沸腾传热特性的数值模拟

以唐琦琳的管束外垂直上升汽液两相流沸腾传热试验台为原型,进行基于CFX的管束外垂直上升汽液两相流沸腾传热特性数值模拟,得出了不同入口温度、热流密度、质量流速下管束外狭窄通道的热工水力特性。沿管束高度流体温度的模拟结果与实验结果的最大相对偏差为3.5%,从而证明了数值计算的有效性和正确性。在此基础上,探讨了汽液两相流速度分布、沸腾压降与含汽率及其影响因素。     

稠密栅元内湍流流体的数值模拟

采用CFD软件Fluent对37棒束内的湍流流体进行了分析。利用实验数据对计算结果进行了验证,分析了棒 棒间隙的减小对稠密栅元内局部流动、传热和相干结构的影响。稠密栅元的临界P/D（棒间距/棒直径）约为1.03。随着P/D减小,相干结构和流体交混先增加然后迅速衰减。当通道间隙非常小时,相干结构运动非常弱以至于可将其忽略。其流速、壁面剪应力和壁面温度的波动也非常小,但其参数的空间分布的差异非常明显。