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。     

矩形通道自然循环流动不稳定性实验研究

分别对40×5 mm和40×10 mm矩形通道内自然循环不稳定性进行了实验研究,得到了自然循环流量随加热功率的变化。结果表明:系统流量与压差的周期是相同并且反相;在矩形通道内,边角位置及二次流的存在,矩形通道会使流体的扰动加强,换热系数增加,特别是在饱和区域内,气泡与流体之间的扰动增强,容易形成搅拌流;5 mm通道与10 mm通道相比,由于其通道更窄阻力更大,在过冷区域更不容易形成稳定自然循环,且流动不稳定性的脉动更剧烈。     

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.     

低压自然循环间歇泉流动不稳定性实验研究与RELAP5程序验证

对低压条件下自然循环回路内的两相间歇泉流动不稳定性进行了实验研究。同时,对RELAP5/MOD3.2程序计算低压自然循环间歇泉流动不稳定的可行性进行了验证分析。实验结果表明,低压条件下,间歇泉流动不稳定产生的根本原因在于有效驱动压头的周期性变化,与加热段内气液两相流动的形成-消失周期密切相关。下降段内流体温度越高,波动周期越短。实验数据与RELAP5/MOD3.2程序模拟计算结果符合较好,说明RELAP5/MOD3.2程序对模拟计算低压条件下自然循环间歇泉流动不定稳性具有较好的适用性。     

自然循环单相流动不稳定性理论分析

从理论上研究了单相自然循环流动的不稳定性，通过将自然循环回路中流体的动量方程，能量方程无量纲化，导出影响自然循环流动的无量纲数。将流体温度和流量分解为稳态及扰动部分，代入动量、能量方程以得出扰动方程，求解扰动方程以找出稳定区及不稳定区的边界线和临界点。本文还研究了自然循环回路中冷、热源中心点间高度差的变化对稳定性的影响。     

细长自然循环系统流动不稳定性实验研究

以水为工质,在常压下对拥有细长回路和较长水平段的自然循环系统进行可视化实验研究,并以典型的实验现象（ P =1.46 kW）为例分析该系统的瞬态运行特性和不稳定性机理。结果表明：阻力系数较大的细长自然循环回路难以产生有效的单相自然循环,只能通过间歇性沸腾和两相流动将热量导出。这是因当回路阻力较大时,过冷沸腾产生的驱动力无法驱动回路产生有效的自然循环,而只有当加热段内流体发生饱和沸腾时才能驱动系统产生循环流动。较大的回路阻力和沸腾过程中产生的系统降压闪蒸是细长自然循环系统难以维持稳定的流动驱动压头从而产生间歇性沸腾和强烈流动不稳定性的根本原因。     

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.     

摇摆条件下自然循环流动不稳定性非线性演化特性研究

针对摇摆运动下自然循环流动不稳定性的非线性演化特性进行了分析。应用非线性时间序列分析方法对不同流动状态的时间序列进行幅度谱分析、吸引子重构,并基于相空间重构理论,计算包括关联维数（CD）、Kolmogorov熵（K熵）和最大李雅普诺夫指数（MLE）在内的几何不变量的值,根据计算结果分析了摇摆运动下两相自然循环系统流动不稳定性的非线性演化特性。分析结果表明：随着无量纲功率的增大,系统几何不变量的值先增加后减小,系统由极限环运动经倍周期分岔发展成混沌振荡,最终回到稳定流动;系统非线性特征先增强后减弱,是由于热驱动力、流动阻力和摇摆引起的驱迫外力之间的相互反馈及耦合程度不同所致。     

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。     

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。     

自然循环流动不稳定条件下的传热特性实验研究

为探究流动不稳定性机理,在低压自然循环系统中开展了一系列相关实验,分析了不同流量振荡模式下自然循环的沸腾传热机制及局部传热特性。实验表明：中、低热流密度下出现的较规则的周期性振荡由加热段内流动沸腾诱发,壁面过热度不会随流量振荡而大幅度变化;高热流密度下自然循环系统出现的周期性不规则振荡现象中,流动沸腾类型间的相互转变不是流量波动的唯一原因。大幅度的流量脉动可能在高热流密度下导致沸腾临界的发生,出口壁面出现间歇性干涸,局部传热系数下降的同时伴随壁温的短暂飞跃。随着热流密度的提高,自然循环系统可能出现持续性干涸。     

基于RELAP5的单通道自然循环流动不稳定性分析

针对某一自然循环实验,利用RELAP5程序对其建模,并进行数值分析,得出了该系统的流动不稳定性边界。对不同压力和不同上升段结构尺寸下的流动不稳定性边界及流量振动曲线进行了比较,分析了原因。最后,讨论了欠热沸腾对自然循环流动不稳定性的影响。研究结果可为自然循环系统的工程设计提供一定的借鉴。     

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。     

套管型自然循环回路不稳定现象分析

为解决熔盐堆排盐罐中熔盐衰变热稳定导出问题,针对套管型自然循环回路开展了不稳定现象研究实验,对实验中观察到的现象和获得的测量数据进行了分析。实验结果表明,中心管对流体预热作用明显,水箱入口温度较低时流体通过中心管后温升高达40 ℃;上升段出口液面波动过程中会出现多个波峰,第1个为主峰,其他为附峰;附峰的持续时间一般会长于主峰;水箱入口水温波动频率高于压力等其他参数。不稳定振荡发生时水箱温度均有一定的过冷度。振荡的周期性不明显,流动存在低频振荡的耦合情况。振荡周期与沸腾延迟时间正向最大偏差为71%,负向最大偏差为37%。     

核反馈对并联双通道自然循环系统流动不稳定性的影响

将热工水力系统分析程序RELAP5与三维物理瞬态输运程序TDOT T采用并行方式耦合,对并联双通道自然循环系统内核热耦合不稳定性进行分析,得到系统的不稳定边界。分别以燃料时间常数差异较大的板型元件及棒型元件为对象,讨论了核反馈对系统稳定性的影响。对于板型元件,核反馈作用对低含汽率区的第1类密度波振荡（DWO）有明显的抑制作用,而对高含汽率区的第2类DWO基本无影响。对于棒型元件,计算分析结果表明核反馈对系统稳定性几乎无影响。     

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。