5MW低温供热反应堆微沸腾运行启动可行性研究

文章用RETRAN-02程序,对清华大学核能技术研究所设计和建造的5MW低温供热堆的微沸运行启动方式进行了较为系统的研究;分析了控制反应性引入速率、主回路蒸汽冷凝量大小及主回路对外总传热量的大小对启动稳定性的影响。结果表明,在一种新颖的启动方式下,只要对反应堆的某些特定参数作适当的实时控制,反应堆就能从单相向两相微沸运行方式稳定过渡。     

不同管径与倾角下单管和管束外含空气蒸汽冷凝对比分析

为评估不同传热管结构参数下单管与管束外含空气蒸汽冷凝传热规律的差异,基于外径12～19 mm、倾角0°～90°的单管和3×3管束在压力0.2～1.6 MPa、空气质量份额12%～87%的参数范围内开展了试验研究。结果表明：不同压力范围内,管径和倾角对单管和管束的影响呈现不同的规律。在压力小于0.8MPa时,管束冷凝传热受管径和倾角影响的规律与单管总体一致,两者的冷凝传热系数均随管径和倾角的减小而增大。在0.8～1.6 MPa时,管束冷凝传热受管径和倾角的影响与单管存在明显差异。结合不凝性气体影响蒸汽冷凝传热的机制对所呈现的一致性和差异性规律进行了分析。     

非能动安全壳冷却系统传热关系式研究

利用低雷诺数区域的计算流体力学(CFD)模型对非能动安全壳冷却系统(PCCS)COPAIN冷凝试验装置进行模拟,针对其对流传热试验工况进行理论计算,并用COPAIN试验数据进行验证。利用验证后的CFD模型将COPAIN试验对流换热工况参数扩展到温差为40~80℃区域,通过理论计算得到对流传热Nusselt数,并拟合出与Dittus-Boelter关系式形式相似的传热关系式。最后,将经该关系式闭合的集总参数法程序冷凝模型的冷凝传热结果与西屋公司为AP600开展的Wisconsin冷凝试验数据进行对比,结果显示,经新关系式闭合的冷凝传热模型计算结果更接近于试验值。     

非能动安全壳冷却系统传热关系式研究

利用低雷诺数区域的计算流体力学(CFD)模型对非能动安全壳冷却系统(PCCS)COPAIN冷凝试验装置进行模拟,针对其对流传热试验工况进行理论计算,并用COPAIN试验数据进行验证。利用验证后的CFD模型将COPAIN试验对流换热工况参数扩展到温差为40~80℃区域,通过理论计算得到对流传热Nusselt数,并拟合出与Dittus-Boelter关系式形式相似的传热关系式。最后,将经该关系式闭合的集总参数法程序冷凝模型的冷凝传热结果与西屋公司为AP600开展的Wisconsin冷凝试验数据进行对比,结果显示,经新关系式闭合的冷凝传热模型计算结果更接近于试验值。     

乏燃料水池非能动冷却热管传热性能研究

大尺度分离式热管具有无需电力驱动、换热效率高的特点,可用于断电事故后乏燃料水池非能动冷却,能有效提高核电厂的安全性能。针对大尺度分离式热管的传热特性开展实验研究,获得热管蒸发段外侧加热水流速0.007~0.02 m/s,加热水温度50~90℃,冷凝段冷却空气速度0.5~2.5 m/s参数范围下换热量、蒸发段平均换热系数、工作温度、工作压力以及循环流量随冷凝段风速、蒸发段热源进口温度和速度的变化规律。结果表明,大尺度热管的最大换热量达到20.1 kW。参数的敏感性分析表明,热源温度和热源流速对热管的循环流量、换热量具有显著的影响。冷凝段外冷却空气速度超过1.5 m/s后,其对分离式热管的影响相对较小。     

分户计量供热系统中的邻室传热问题分析

本文根据节能标准和满足室内人员生活的要求，确定分户计量采暖系统负荷的温度计算参数。采用稳态传热过程，房间在不同入住率情况下的邻室传热负荷。提出了概率平均传热量的概念，用以反映不同入住率条件下房间邻室传热量。通过计算结果分析邻室传热负荷对于房间基本负荷以及系统总负荷的影响。提出降低围护结构传热系数和提高入住率的解决方法，以达到系统节能运行的目的。     

蒸汽发生器下封头/主泵连接处流动特性试验研究

在先进压水堆核电站的设计中将蒸汽发生器和主泵直接连接,取消了蒸汽发生器和主泵之间过渡段,并在蒸汽发生器下封头出口腔室设置了改进的出口挡板,使蒸汽发生器出口接管的流场变得十分复杂.因此对蒸汽发生器下封头/主泵连接处的流动特性进行了试验研究,进行了无挡板的风洞试验和有挡板的水回路试验.研究表明采用自行设计的出口挡板可以消除出口接管的轴向回流,使出口流场均匀.     

几何参数对含空气蒸汽冷凝影响的数值分析

含空气蒸汽冷凝是反应堆失水事故时安全壳内重要的热工水力现象。已有研究多关注气体压力、温度等热工参数对传热特性的影响,而对几何参数的影响及其作用原理分析较少。采用三维CFD数值模拟方法,基于扩散边界层冷凝机理模型研究了管径(4~60 mm)、管长(0.1~7 m)及倾角(0°~90°)对含空气蒸汽冷凝传热特性的影响。结果表明,管径、管长及倾角均对含空气蒸汽冷凝传热特性有显著影响。平均冷凝传热系数随管径的增大而减小;随管长的增长先减小后增大,3 m左右达到最小值;随倾角的增大而增大。局部冷凝传热系数沿管长方向先迅速减小后缓慢增大。倾斜布置时,迎流面产生明显传热强化,向两侧逐渐减弱,背流面存在一定的传热抑制。     

波纹管管外冷凝传热特性分析与实验研究

通过理论分析和实验验证,考察了冷凝流体在波纹管外表面的流动模型与传热情况,推导了波纹管冷凝传热系数的理论计算式;通过实验修正,计算式与实验结果较为一致,误差小于10%.同时研究了波纹管结构参数对波纹管强化传热性能的影响,探讨了其强化传热机理.结果表明,在滞流范围内,波纹管的传热系数为相同条件下直管的3～5倍,若考虑面积增加因素,强化传热效果为直管的5～7倍.     

CFR600泵支承氩气空间部分三维传热数值模拟

利用流体力学软件Fluent对中国示范快堆（CFR600）氩气空间及相关结构部件进行稳态共轭传热计算,验证分析泵支承结构位于氩气空间部分的热工设计。模拟结果显示,原型设计方案泵支承结构位于氩气空间部分周向温度分布有较大温度梯度,泵支承结构靠近主容器支承径侧温度明显高于远离支承径侧,改进的结构设计减小了泵支承周向的温度梯度,为优化泵支承结构设计提供了技术支撑。     

千瓦级2 K超流氦板翅式换热器初步设计优化

本文采用分布参数法对1 000 W@2 K低温系统配套的50 g/s流量2 K换热器进行了设计计算。利用加权系数法提出了换热器综合优化指标,随后采用遗传算法进行优化,并根据工程需要从多个侧重点对换热器进行优化,获得了一系列优化方案,从中选择了侧重换热效率的方案作为初步设计结果。在该结果的基础上,进一步采用了CFD数值仿真校核,验证了初步设计结果的准确性。优化后换热器的换热效率为844%,压降为22216 Pa,体积为0022 1 m3。     

Heat Transfer Characteristic of Airfoil Microchannel Efficient and Compact Heat Exchanger

Supercritical carbon dioxide (S-CO₂) Brayton cycle system is a new type of high-efficiency energy conversion system used in the fourth generation reactor. The microchannel efficient and compact heat exchanger is used in the system as high or low temperature recuperators. Besides, heat transfer performance and flow characteristics of heat exchanger have significant impacts on the overall energy conversion efficiency of the system. In this paper, the heat exchanger model of airfoil structure was established and the CFD method was used to study the influence of different spacing of fins on the overall heat transfer characteristics with S-CO₂ as the working fluid. The results show that the convective heat transfer performance of interlaced fins is better than that of side-by-side arrangement. When the interlaced spacing is half of the parallel spacing, the comprehensive performance of heat exchanger is better with the increase of the parallel spacing. The results of airfoil microchannel heat exchanger were compared with those of the Z-shaped microchannel heat exchanger, which shows that the pressure drop of airfoil microchannel heat exchanger is only 54.174% of the Z-shaped microchannel heat exchanger when the heat transfer capacity increases by 25.67%.     

机翼型微通道高效紧凑换热器流动换热特性

超临界二氧化碳（S-CO₂）布雷顿循环系统是第4代反应堆采用的新型高效热能转化系统,系统采用微通道高效紧凑换热器作为高低温回热器,其流动换热特性对整体系统热能转化效率有着显著影响。本文采用数值模拟方法,以S-CO₂为流动工质,建立机翼型翼片结构的换热器模型,研究翼片的不同间距对流动换热性能的影响。研究结果表明,交错排列翼片的综合流动换热性能优于翼片并排布置,翼片交错间距为左右间距一半时,增加左右间距,换热器流动换热性能更好。将机翼型微通道换热器与折线型微通道换热器模拟结果进行对比分析表明,机翼型微通道换热器在压降仅为折线型微通道换热器54.174%的情况下,换热性能提升了25.67%。     

CFR600乏组件转换桶内氩气空间三维传热数值模拟

利用商业计算流体力学程序STAR?CCM+,对中国示范快堆（CFR600）乏组件转换桶内的氩气空间及相关结构部件进行数值模拟计算,验证分析正常工况和事故工况下的预埋件的热工设计。研究结果表明,正常工况下预埋件的温度峰值满足设计限值要求,但预埋件的温度分布存在一定程度的不均匀性,并且当发生事故工况时温度分布的差异性明显增大。钠液面通过辐射换热和对流换热共同对设备构件产生影响,其中辐射换热起主要作用。对于钠液面辐射换热的主要决定因素为钠液面的发射率。本工作为乏组件转换桶的正常运行及安全分析提供了技术准备。     

TA16传热管的断裂韧度测试方法研究

近年来,以蒸汽发生器传热管为代表的小尺寸管材的断裂韧度评价方法受到了日益关注。本文设计了一种可用于TA16传热管断裂韧性测试的含径向裂纹C形试样,基于弹塑性有限元分析获得试样的应力强度因子K和J积分的计算式。采用规则化法完成了TA16传热管的断裂韧度试验,试验结果表明,不同试样得到的J阻力曲线和条件启裂韧度J_Q的分散性均较小,J_Q均值为32.875 MPa•mm,标准差为1.377 MPa•mm。     

辐射屏数及密度对超导腔垂直测试杜瓦漏热的影响

超导腔垂直测试杜瓦为广口液氦容器,对绝热性能有较高要求,其内筒体采用高真空多层绝热,顶部盖板侧为多屏绝热。为减少杜瓦顶部盖板侧漏热,提出了变密度辐射屏方法,以盖板、辐射屏、液面和氦气为对象建立了导热、对流与辐射耦合换热的传热模型,并通过实验进行了验证。通过数值计算得到了辐射屏数对漏热的影响规律及最优辐射屏密度。结果表明：1） 实验测得的辐射屏温度与传热模型计算结果较为一致,平均相对偏差为8.37%,认为传热模型是合理的;2） 靠近液面处第1层辐射屏（屏1）与液面间氦气的格拉晓夫数Gr随屏1温度T₁的升高存在极大值（T₁=9.14 K,Gr=1.12×10¹⁴）,T₁超过35 K后Gr基本保持不变;3） 等间距分布时,辐射屏数大于11层后总漏热变化不明显,一定辐射屏数下,相邻两屏之间气体导热占主导地位,低温区域（靠近液面侧）至高温区域（靠近盖板侧）导热热流比重减小,辐射热流比重升高;4） 11层辐射屏数下,高温区域布置7层、低温区域布置4层的变密度辐射屏方式漏热最小,与等间距分布相比漏热可减少4%。     

TACR压力管与排管间辐射换热分析

辐射换热是钍基先进CANDU型反应堆(TACR)压力管和排管间换热的主要途径.本文以灰体辐射模型和电网络分析方法为基础建立了TACR压力管和排管间辐射换热的计算模型,利用该模型计算了给定温度边界和热流密度边界的情况下,压力管和排管间的辐射换热能力.计算结果表明,该模型可以用于TACR压力管和排管间辐射换热能力的计算.     

Benchmark Calculations of a Radiation Heat Transfer for a CANDU Fuel Channel Analysis using the CFD Code

To justify the use of a commercial Computational Fluid Dynamics (CFD) code for a CANDU fuel channel analysis, especially for the radiation heat transfer dominant conditions, the CFX-10 code is tested against three benchmark problems which were used for the validation of a radiation heat transfer in the CANDU analysis code, a CATHENA. These three benchmark problems are representative of the CANDU fuel channel configurations from a simple geometry to a whole fuel channel geometry. For the solutions of the benchmark problems, the temperature or the net radiation heat flux boundary conditions are prescribed for each radiating surface to determine the radiation heat transfer rate or the surface temperature, respectively by using the network method.

The Discrete Transfer Model (DTM) is used for the CFX-10 radiation model and its calculation results are compared with the solutions of the benchmark problems. The CFX-10 results for the three benchmark problems are in close agreement with these solutions, so it is concluded that the CFX-10 with a DTM radiation model can be applied to the CANDU fuel channel analysis where a surface radiation heat transfer is a dominant mode of the heat transfer.     

高温液滴流辐射换热及蒸发特性

本文针对可应用于空间堆的矩形液滴辐射器（LDR）,研究其液滴流的辐射换热及蒸发特性。在传统的高温液滴流辐射换热模型的基础上,添加了液滴流蒸发模型,并将辐射换热模型与蒸发模型进行耦合,在该模型的基础上开发了高温液滴流辐射换热-蒸发特性分析程序LDFAC。将该程序的液滴层温度分布计算结果进行校核,其相对误差不超过1.9%。使用该程序对装载DC705硅油下不同光学厚度及长度的液滴层辐射换热蒸发特性进行了分析。结果表明：在液滴层的光学厚度较大的情况下,液滴层内部的温度分布非常不均匀,液滴层中心的温度没有显著降低,而液滴层接近外表面部分的温度下降较为明显;温度对LDR的系统寿命有着较大影响,温度每降低10 K,系统寿命可提高约450%,同时,液滴层光学厚度越大,系统寿命也越长。