低压低功率条件下两相自然循环特性试验研究

相比于陆基核电厂,船用核动力装置的非能动安全系统运行压力较低,运行功率变化频繁,在两相自然循环条件下,非能动安全系统内的流动更加复杂多变。为了研究两相自然循环在低压、低功率条件下的循环特性,基于比例分析方法搭建了两相自然循环的原理试验台架,研究了低压条件下功率和初始液位高度对自然循环特性的影响。结果表明,在低压条件下,系统稳定运行后的压力、流量等均受初始液位高度和功率的影响。当功率为50 kW时,初始液位越高,系统稳定后的压力越大,但是流量相差较小;初始液位一定时,功率在40%满功率～100%满功率内,随着功率的增大,系统稳定后的压力也逐渐增大。这为试验台架后续两相自然循环的研究提供了方向,也为船用核动力装置非能动安全系统研究提供了参考。     

低压,低干度自然循环系统两相流动特性

在大型热工水力学实验回路ＨＲＴＬ－２００上，以水为工质，在压力１．０￣４．０ＭＰａ加热功率２７￣２４０ｋＷ，入口欠热度５￣８０℃，加热段出口质量含汽率小于５％的实验参数范围，研究了系统压力，加热功率，冷却剂入口过冷度及人口阻力等对低压，低干度自然循环系统的两相流稳定流动及不稳定流动特性的影响。实验结果表明上述参数对循环流量，流动稳定区及流动振荡特性均具有影响。所进行的实验研究，参数范围包括了２００     

两相自然循环系统压降震荡流动不稳定性研究

采用CATHARE程序对两相自然循环系统的压降震荡流动不稳定进行数值模拟。计算结果表明,两相自然循环系统中,自然循环回路与稳压器之间的压降震荡是导致流动不稳定出现的主要原因。通过限制自然循环回路与稳压器之间的流量波动,可以防止两相自然循环出现流动不稳定。     

漂移流模型分析两相自然循环系统静态漂移特性的探讨

基于分岔理论及其DERPAP数值方法，运用漂移流模型分析典型两相自然循环系统的静态分岔解图，并与均相流模型的结果进行了比较。结果表明：与用均相流模型得到的解图相比，用漂移流模型得到的静态分岔解图的不稳定运行区域和输热能力限相对较小。     

压力对低干度自然循环流动特性的影响

低温核供热反应堆的设计研究和开发，促进了低压，低士度自然循环流系统中汽水两相混合物流动稳定性的研究。本文论述了在ＨＲＴＬ－２００热工水力学实验回路上，以水为工质，在加热功率为１３１ｋＷ，加热段入口流动阻力因数为２５，冷却剂入口欠热度为５－８０℃的条件下，针对系统压力变化对流动特性的影响所进行的实验研究。     

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。     

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。     

低干度自然循环两相流动系统的静态分岔特性

基于一维两相四方程漂移流模型，采用数值模拟的方法对5MW低温核供热堆热工模拟回路（HTRL-5）的自然循环进行模拟，分析在自然循环系统中存在的分岔特性及其参数效应。结果表明：在一定条件下低干度自然循环两相流动系统存在静态分岔现象，并且静态分岔点出现在特征曲线的切点上；当压力高到一定程度或热流密度小到一定程度系统的分岔点消失。     

低压低干度自然循环汽水两相流流量振荡特性

实验研究了低压低干度汽水两相混合物在自然循环条件下产生密度波不稳定性时的流量振荡特性。实验在大型热工水力学实验回路ＨＲＴＬ－２００上以水为工质进行，压力为１．０－４．０ＭＰａ，加热功率为２７－１９０ｋＷ，人口欠热度为５－８０℃，加热段出口质量含汽率小于５％，实验参数范围包括２００ＭＷ核供热堆微沸腾工况运行的参数。获得了有关自然循环流量振荡模式、相对振幅、振荡周期等振荡特性参数随系统压力，加热功率和     

5MW核供热堆自然循环两相流流动特性分析

实验研究在５ＭＷ核供热堆热工水力学模拟系统ＨＲＴＬ－５上进行。计算分析采用带有质量,蒸汽质量,能量及动量守恒方程的一维两相流漂移模型。用Ｃｌａｕｓｉｕｓ－Ｃｌａｐｅｙｒｏｎ方程计算上升段中闪蒸起始点。通过在过冷沸腾区,饱和沸腾区及上升段中推导守恒方程,得到可描述自然循环两相流系统特性的常微分方程组。用时域法求解。研究表明过冷沸腾及空泡的闪蒸对空泡分布,系统循环流量及流动稳定性都有很大影响,且系统压力越低,过冷沸腾及闪蒸的影响越大;在相当宽的两相流动条件下,加热段中只发生过冷沸腾;揭示了两相流不稳定时振荡的传播特性。在５ＭＷ核供热堆条件下理论分析与实验结果吻合得很好。     

低功率条件下低高度差开式自然循环流动模式研究

开式自然循环系统广泛应用于能源和化工领域。在一些特殊条件下,低高度差自然循环系统应运而生,但目前研究并不充分。本文采用蒸汽加热方式,对这类的低高度差开式自然循环系统在低功率水平下的流动模式进行了实验研究,并对其流动模式以及存在物理现象进行了详细的分析。研究发现,在不同功率水平下,因受不凝性气体和过冷沸腾的影响,该自然循环系统主要存在4种流动模式。最后,对不同流动模式转变点的加热段进出口温度进行分析,结果表明加热段出口温度可作为系统流动模式的判定依据。      

两相自然循环系统的静态漂移特性及输热能力限分析

基于分岔理论及其ＤＥＲＰＡＲ数值方法,运用最简单的均相模型计算出典型两相自然循环系统的静态分岔解图,详细讨论了由浮力和阻力随加热功率（含汽率）的非线性变化特性引起的静态分岔机理;导出对应于强迫循环系统的Ｌｅｄｉｎｅｇｇ不稳定性现象及其判断准则;定义稳定性裕度、自然循环系统输热能力限、静态分岔迟滞现象;讨论了系统压力、欠热度、阻力、几何构型等参数对运行稳定性及输热能力限的影响;强调指出了简单理论预测     

低压低干度自然循环流量漂移分析

在 5MW核供热堆全尺寸全参数模拟试验回路HRTL 5上进行的实验中 ,观察到在一定条件下系统发生静态流量漂移的同时 ,伴随动态流量振荡。本文总结了HRTL 5模拟试验回路上的实验研究结果 ,分析了低压低干度自然循环系统的特点、欠热沸腾和闪蒸的作用机理 ,较完整地描述了自然循环流量漂移的整个过程。分析结果表明 :1 )在自然循环系统中 ,欠热沸腾和闪蒸对流动稳定性具有重要作用 ;2 )自然循环流量漂移是一个长热工过程 ,动态振荡也可以发生在静态流量漂移过程中 ;3 )在静态流量漂移的发生、发展并向动态振荡转变的过程中 ,先是欠热沸腾占主导地位 ,然后逐渐转变为闪蒸占主导地位 ,最后主要表现为密度波振荡的形式。自然循环流量漂移对 5MW堆的设计、安全分析以及升级开发具有重要价值。     

自然循环两相漂移流理论分析模型的建立

以5MW核供热堆试验回路（HRTL－5）为物理原型，从理论上推导了加热段欠热沸腾，上升段入口附近的冷凝，上升段闪蒸以及气空间压力平衡等关系式，并考虑了热力不平衡等因素的影响，建立了一个完整的四方程漂移流模型，该模型适用于分析低压低干度自然循环系统的流动问题，通过引入凝边界层，首次解决了两相流动过程中汽泡在过冷水中的冷凝问题，对汽空间则推导了压力及液位的约束方程，方程组可采用积分方法求解，并利用Rung-Kutta-Verner方法求解所得的微分方程组。     

两相自然循环非能动系统静态分岔特性和参数效应研究

耗散结构在流体动力学中存在,两相自然循环非能动系统稳定性是耗散结构在多相流体动力学中的问题,运用分岔理论及其DERPAR数值方法给出系统随参数变化的演化过程的静态分岔解图图谱。以静态分岔解图呈现的迟滞现象（多平衡解）定义了输热能力限、静态漂移稳定性准则、稳定性裕度、比质量流量输热能力、分岔现象消失—呈单值性的临界参数区的系统演化的自组织特性的物理本质—系统的稳态和时间相关态随着特征参数的演化。用低压下的实验数据与理论计算分析进行比较,变化趋势吻合,尚需进一步验证。     

低压自然循环复合流量脉动实验研究

在低压流动沸腾不稳定性实验中,研究了自然循环流动在不同入口过冷度下的演化过程。对实验中的流动沸腾不稳定性入口流量信号进行快速傅里叶变换,基于振幅和频率特性区分了3种流动脉动模式：小幅流量脉动、复合流量脉动和逆流。分析了加热功率和入口过冷度对自然循环不稳定性的影响。根据加热段出口水温变化得到了出口的流型变化,当流量波动振幅较小时加热段出口流体始终是饱和状态,而当流量波动振幅较大时,加热段出口为单相液体和两相混合物交替通过。给出了这3种流量脉动的边界图,分析了热流密度和入口过冷度对流量脉动模式的影响。结果表明：出口含气率大于0时发生流动不稳定性,热流密度达到间歇干涸型临界热流密度时发生逆流。     

用集总参数法分析低含汽量自然循环回路汽液两相流稳定性

采用集总参数法分析低含汽量自然循环回路汽液两相流稳定性。描述热工水力现象的系统方程由均流模型偏微分守恒方程经集总参数平均导出，高含汽量常微分方程解程序包ＬＳＯＤＥ被用来解以常微分方程表征的系统方程，与清华大学核能技术研究院为分析５ＭＷ低温核供热堆热工水力特性而设计运行的两相流稳定性实验结果比较表明，采用集总参数法分析低含的自然循环回路两相流密度波振荡及其有关非线性现象是有效的。