脉动流下棒束通道内 流场与湍流特性的PIV实验研究

事故条件下路基核反应堆以及受到海洋条件附加惯性力影响的浮动核反应堆一回路冷却剂会处于非稳定流动状态,进而改变冷却剂的流动和传热特性,影响反应堆的安全运行.本文应用锁相粒子图像测速(PIV)以及折射率匹配技术分别对脉动流条件下有无定位格架棒束通道内瞬时速度进行了测量.实验结果表明:对于不带定位格架的棒束通道,加速使得靠近...     

脉动流下棒束通道内相位差及瞬态流场研究

事故条件及海洋条件下反应堆处于非稳态工况,堆芯燃料组件内热工水力行为具有瞬变及多因素耦合特性,对反应堆的安全提出更高挑战,因此有必要对燃料组件内瞬态特性进行研究。本文通过测量棒状燃料组件内压降和流量之间延迟时间开展棒束通道脉动流条件下相位差研究,对比了相位差在不同振幅、不同流动状态下的变化特性,并分析了定位格架对脉动流相位差的作用特点。另外,基于粒子图像测速(PIV)技术开展了脉动流条件下棒束通道内流场分布特性研究,对比了相同流量条件下稳态工况与瞬态工况下流场分布差异,分析了主流具备不同加速度时棒束通道内流场分布特征。实验结果表明:定位格架可减小脉动流下棒束通道内相位差;棒束通道内流场演化滞后于主流量变化。实验结果有助于揭示燃料组件在非稳态条件下瞬态特性,并为燃料组件的设计和优化奠定基础。     

脉动流下棒束通道内相位差及瞬态流场研究

事故条件及海洋条件下反应堆处于非稳态工况,堆芯燃料组件内热工水力行为具有瞬变及多因素耦合特性,对反应堆的安全提出更高挑战,因此有必要对燃料组件内瞬态特性进行研究。本文通过测量棒状燃料组件内压降和流量之间延迟时间开展棒束通道脉动流条件下相位差研究,对比了相位差在不同振幅、不同流动状态下的变化特性,并分析了定位格架对脉动流相位差的作用特点。另外,基于粒子图像测速（PIV）技术开展了脉动流条件下棒束通道内流场分布特性研究,对比了相同流量条件下稳态工况与瞬态工况下流场分布差异,分析了主流具备不同加速度时棒束通道内流场分布特征。实验结果表明：定位格架可减小脉动流下棒束通道内相位差;棒束通道内流场演化滞后于主流量变化。实验结果有助于揭示燃料组件在非稳态条件下瞬态特性,并为燃料组件的设计和优化奠定基础。     

脉动流条件下棒束通道阻力特性研究

受海洋条件影响,浮动核反应堆（FNR）回路冷却剂会发生周期性流量波动现象,影响系统热工水力特性。为研究这一现象,对脉动流条件下5×5燃料棒束的阻力特性进行了试验研究。试验的周期平均雷诺数Re_ta＝0.8×10³～9×10³,脉动幅值Au＝0.2～0.8,无量纲频率ω′^1/2＝1.26～2.81。试验结果表明：脉动流条件下流体加速会导致瞬时阻力系数大于对应雷诺数的稳态值,减速会使瞬时阻力系数小于稳态值,且这一偏离值随流体流速的减小而增大。此外,在脉动流过程中,周期平均摩擦阻力系数λta和局部阻力系数kta都大于对应平均雷诺数下的稳态值。通过提出无量纲参数C_f＝λ_ta/λ_st和C_sg＝k_ta/k_st来评价脉动流对周期平均阻力系数的影响。C_f和C_sg随Au和ω′^1/2的增加而增加,随Re_ta的增加而减少。且在相同的脉动流参数下,C_sg小于C_f,说明流体波动对定位格架局部阻力的影响较小。最后,通过量纲分析,根据阻力系数的变化规律建立了预测λta和kta的计算关系式,得到了较好的预测结果。     

矩形通道内脉动湍流流动特性实验研究

在流量脉动条件下,本文对矩形通道内的湍流流动特性进行了实验研究,通过理论分析,得到了影响脉动湍流的主要作用力和关键的无量纲数,分析了脉动周期、相对振幅等因素对流量与压降的相位差、压降-流量曲线、时均摩阻系数的影响,并与稳定流动状态下的流动特性进行了对比。实验结果表明:对于低频脉动湍流,压降驱动力、摩擦阻力和流体自身惯性力是影响流动特性的主要作用力;脉动湍流中,流量的变化滞后于压降变化,存在相位差;由于流体的惯性作用,脉动周期越小,流量脉动的幅值越小;速度相对振幅增大并超过临界值时,时均摩阻系数会显著增大。     

棒束通道内定位格架搅混特性PIV可视化研究

定位格架作为燃料组件中重要的组成部件之一,不仅在结构上固定燃料棒,而且在燃料组件内热工水力性能同样显著,特别是对工质的搅混性能直接关系到反应堆的经济性和安全性,因此有必要对燃料组件内定位格架搅混特性进行研究。本文通过粒子图像测速（PIV）技术开展了棒束通道内定位格架上下游流场的可视化研究,对比了有无格架棒束通道内流场的分布特征,定量分析了定位格架对棒束通道流场搅混的贡献。对不同流速下定位格架下游横纵速度的沿程变化特性进行研究,发现了不同流速作用下定位格架对横向、轴向速度的促进和抑制规律。另外,通过速度均方根对下游的湍流特性进行了评估。实验结果可为数值计算提供全场的数据验证,并可为定位格架设计和优化提供基础。     

棒束内湍流流动特性的PIV与CFD研究

在压水堆燃料组件的定位格架下游,局部扰动沿流动方向逐渐衰减,流场最终趋于稳定。光滑棒束区冷却剂的湍流流动和交混特性是影响反应堆经济性和安全性的重要因素,有必要进行深入研究。本文采用粒子图像测速（PIV）与数值模拟(CFD)相结合的方法,对3×3小规模棒束内水的流动特性进行研究,得到了一阶平均流速以及二阶湍流统计信息。结果表明,中心子通道的速度明显高于棒间隙区,但轴向均方根速度呈现出相反的变化趋势。在相邻子通道横向速度梯度的作用下,棒束内出现了大尺度的流量脉动现象,且脉动波长随雷诺数的增加而增大。此外,实验得到的湍流交混系数较压水堆采用的Castellana公式预测值偏高10%左右,这一偏差随雷诺数的增加有减小的趋势。     

竖直与倾斜条件下3×3棒束通道内流场数值模拟研究

为了研究竖直及倾斜条件对堆芯热工水力特性,采用RANS模拟对棒束通道进行了数值模拟,分析了静止及倾斜条件下棒束通道内流场特征及温度分布。模拟结果表明:在入口流速相同的情况下,倾斜会使棒束通道间隙处主流速度略微减小,且倾角越大,间隙处主流流速越大。倾斜条件使得棒束通道内温度场分布发生改变,随着倾斜角度的不断增大,主流最大温度不断增加,导致棒的壁面温度增大,不利于反应堆安全。     

棒束通道温度场可视化实验研究

基于激光诱导荧光技术,对带定位格架棒束通道的温度场进行了可视化实验研究。采用折射率匹配技术,搭建可视化实验系统,提出适用于棒束通道温度场点对点标定的关系式,利用此关系式对定位格架下游温度场进行了重构。实验结果显示,采用激光诱导荧光技术可获得定位格架下游全场温度分布。分析了不同加热形式、流量和热流密度对温度分布的影响,并采用轴向流体温差和温度分布不均匀性定量评价了定位格架下游的搅混能力。在定位格架下游0～4D_h范围内,搅混性能逐渐增大,在4D_h后会随高度的增加逐渐减小。结果表明,激光诱导荧光技术可适用于棒束通道温度场的非介入式、全场测量,有助于对相应程序的验证和定位格架搅混性能的评价。     

棒束通道防腐蚀特性数值研究

为获得先进反应堆中燃料组件通道表面防腐蚀层的生成情况,以对反应堆运行策略分析提供支撑,本文提出了一套棒束通道中氧输运分析计算模型,结合计算流体动力学方法,对燃料组件典型19棒束通道内的防腐蚀层生成情况进行了分析。获得了棒束通道内的流场、温度场以及两种入口氧浓度、三种运行时间下的棒束氧浓度分布情况以及棒束表面防腐蚀层的生成情况。研究结果表明,棒束通道中防腐蚀层的生成主要与温度、初始氧浓度以及运行时间有关,对于现有模型来说,定距条与棒接触点附近是防腐蚀层难以形成的主要区域,需要重点关注。本文的计算方法及结果将对反应堆运行策略评价提供支撑。     

棒束通道内温度场分布特性研究

可视化实验技术越来越多地被应用于核反应堆系统参数的测量,本文基于激光诱导荧光（LIF）技术的特点,介绍该技术的难点和解决方案,并对棒束通道定位格架下游稳态流和脉动流下温度分布进行了研究。结果显示,通过对系统光学特性和染色剂特性研究,可提高LIF技术的应用范围和测量精度。同时采用后处理技术,可获得更准确的温度场分布。通过对棒束通道定位格架下游全场温度进行测量,获得了稳态流和脉动流两种工况下温度的分布。定位格架能显著增强下游的流动搅混,提高换热能力。流速的波动也会对温度分布产生显著影响。研究表明,LIF技术可实现对棒束通道内流体温度分布的全场测量,根据温度分布特性研究可实现对定位格架性能的评价。     

Temperature Field Distribution Characteristics in Rod Bundle Channel

Visualized experimental techniques are increasingly used in the measurement of nuclear reactor system parameters. Based on the characteristics of laser induced fluorescence (LIF) technique, the difficulties and solutions of the LIF technique were introduced in this paper. And the temperature distributions downstream of spacer grid in rod bundle channel under the steady flow and pulsating flow were analyzed. The results show that the application range and measurement accuracy of LIF technique can be improved by studying the optical properties and dye characteristics. At the same time, post-processing technology can be used to obtain more accurate temperature field distribution. The full-field temperature distributions downstream of spacer grid in rod bundle channel under steady flow and fluctuating flow conditions were obtained. Spacer grid can significantly enhance flow mixing and improve heat exchange capacity. Temperature distribution is also affected by fluctuations in velocity. In summary, the LIF technique can achieve the full-field measurement of the temperature distribution in the rod bundle channel. According to the temperature distribution characteristics, the performance of the spacer grid can be evaluated.     

基于PIV技术的低雷诺数下棒束通道流场研究

基于粒子图像测速(PIV)技术开展了低雷诺数(Re)条件下5×5棒束通道内充分发展段的流场可视化研究,试验Re从310～12296内选择了22组工况进行研究。试验结果表明:在低Re下,棒束通道内部的相对速度梯度较大,随着Re的上升,棒束通道内速度趋向于均匀化分布;通过阻力特性观察到的棒束通道中转捩相对于圆管较为模糊,转捩Re为900左右;在低Re效应的影响下,无量纲速度均方根随Re的增大而减小,而在转捩Re附近出现了无量纲速度均方根随Re的增大而增大的现象;此外该试验可以用于验证湍流模型对于不同Re的适用性。     

加减速流条件下棒束通道阻力特性研究

压水反应堆的启动、停堆、事故等多种工况会使反应堆堆芯内部冷却剂产生加减速流,影响反应堆的热工水力特性。在雷诺数（Re）700相似文献   

矩形通道内脉动层流流场特性理论研究

本文对流量脉动条件下矩形通道内的层流流场分布特性进行了理论研究。分析了脉动周期、脉动振幅和通道结构尺寸3个因素对流场分布的影响。分析结果表明,矩形通道内脉动速度分布取决于流场中各点稳定速度分量和往复速度分量的叠加,由于往复速度的存在,使得脉动速度的分布与稳定流动存在较大不同,并对近壁区的速度梯度产生了影响。     

棒束通道内定位格架的两相流动局部阻力实验研究

在常温、常压条件下,对竖直3×3棒束通道内定位格架的单相及两相局部阻力特性进行了实验研究。单相流动实验时,水雷诺数的变化范围为290~18 007;两相实验时,气相、液相表观速度变化范围分别为0.013~3.763m/s和0.076~1.792m/s。利用单相实验数据得到的定位格架局部阻力系数计算关系式,用两相实验数据对均相流模型中8种不同的两相等效黏度计算方法进行了评价。Rel9 000时,Dukler模型的预测效果最好;Rel≥9 000时,McAdams计算方法预测效果最好;基于所有数据,Dukler模型的计算值与实验值吻合最好,平均相对误差为29.03%。考虑了质量含气率、两相雷诺数及气液相密度的影响,对Rel9 000时的实验数据进行了拟合,得到的经验关系式的计算值与实验值符合较好。     

棒束通道内环状流气液界面行为及形成机理研究

棒束通道中环状流气液界面行为的研究,能为压水堆的事故处理和沸水堆电厂的正常运行提供数据和理论支撑。本研究针对3×3棒束通道中环状流气液波状界面形式进行记录与分析,绘制详细的环状流流型图,并针对其形成机理进行分析。结果表明：棒束通道中的环状流主要有搅混型、未全润湿、平滑边界型、单一波状流、包状扰动波、带状扰动波和带状扰动波叠加液相丧失7种形式;单一波状流是当气相速度较高、液相速度较低时,气液界面上发生的有固定波峰和波谷、以固定速度向上运动的流动形式,其现象可通过Kelvin-Helmholtz型不稳定性理论来解释;当液相流量升高或气相流量减少时,发生单一波状流界面失稳,界面能量增加,进入到包状扰动波或带状扰动波阶段;当能量超过1.6 kPa²/Hz时,界面能量超过底层液膜束缚能力,产生液相丧失型环状流。