鼓泡过滤可溶性气溶胶特性实验研究

池式鼓泡过滤是核电厂严重事故条件下一种重要的放射性气溶胶滞留过程。本文针对可溶性气溶胶在鼓泡过滤条件下的去除特性开展实验研究。结果表明,可溶性气溶胶会在鼓泡过滤过程中吸湿增长,尺寸增大,因此在评价可溶性气溶胶的去除效率时,必须保证上下游气溶胶处于干燥状态;另外,可溶性气溶胶的吸湿增长使得气溶胶的沉降特性发生改变,主要表现为原处于布朗扩散主导区的小粒径气溶胶会进入最易穿透区,效率降低,而原处于最易穿透区的气溶胶会进入惯性主导区,效率增加;气体流量的变化对气溶胶去除效率的影响不是单调的,与气-液两相流型以及气泡行为密切相关。实验结果可为验证和完善池式过滤气溶胶模型提供数据支撑。     

池式鼓泡条件下气溶胶沉降效率研究

放射性气溶胶是核反应堆严重事故中最重要的产物之一,来源于固体裂变产物外漏和气体裂变产物的凝聚成核。池式鼓泡水洗是去除放射性气溶胶的有效途径,准确掌握其过滤效率,对于事故后源项控制和事故分析评价都具有重要意义。本文针对池式鼓泡条件下的气溶胶沉降特性展开深入的基础研究,借助先进的粒径谱分析技术,研究液相淹没深度、气相表观流速等参数对亚微米级气溶胶沉降效率的影响,探究气溶胶在上升气泡群内的沉降机理。本项目的研究成果可用于气溶胶沉降效率模型验证。     

上升气泡内气溶胶沉降机理研究

气溶胶池洗过滤是反应堆严重事故中去除放射性源项的重要手段。本文以严重事故条件下上升气泡中气溶胶的滞留过程为背景，设计搭建了可视化单气泡鼓泡实验装置。通过该装置研究了气溶胶在上升气泡中的沉降效率，并与MELCOR中的气溶胶沉降模型计算结果进行了对比。结果表明，气溶胶沉降效率对气泡尺寸的变化较为敏感，当气体流量大于0.1 L/min时，气泡等效直径迅速增加，相应的气溶胶沉降效率快速降低；与MELCOR模型计算结果的对比表明，两者在总体趋势上呈现出较好的一致性，但计算结果低估了液相对气溶胶的实际去除能力，导致这种偏差的主要原因是气泡在上升过程中存在无规则的晃动以及气液界面的波动。     

液池内气溶胶对孔板鼓泡体积影响的实验研究

液池内的孔板鼓泡是安全壳内气体过滤排放过程中的重要现象。过滤过程中,孔板鼓泡体积直接影响气泡的上升速度与气液接触面积,因此是影响过滤器过滤效率的重要参数之一。随着过滤的进行,液池内滞留的气溶胶可能成为孔板鼓泡体积的影响因素之一。本文采用可视化实验,对含BaSO₄和TiO₂气溶胶液池内的孔板鼓泡过程进行研究,观察和分析孔板鼓泡体积的变化规律,进而获取气溶胶对孔板鼓泡体积的影响机制。研究表明,高温液池和TiO₂会使得生成气泡体积增加,添加BaSO₄的影响并不明显,实验还发现了生成气泡顶部含“小气腔”的情况,表面张力及“小气腔”的变化是气泡体积改变的主要机制。      

钠气溶胶粒子尺寸分布参数的数学模型研究

在对钠增殖快堆的事故分析中,钠气溶胶的影响是不可忽略的因素。钠气溶胶的迁移和沉降受多种因素的影响。本文以最基本的钠气溶胶对数正态分布模型的参数定义为出发点,对钠气溶胶尺寸分布的某些特性和沉降规律给以探究,得到其分布参数之间的基本关系和一些初步结论,并结合实验数据,进行验证。     

曝气装置结构对多孔板鼓泡特性的影响

气泡体积是决定鼓泡式过滤器性能的重要参数,当使用多孔板作为曝气装置时,孔板结构和气腔状态会对生成气泡体积产生影响。本文采用可视化方法实验研究孔板结构、气腔状态对多孔板鼓泡特性的影响规律。结果表明,气腔无水状态下多孔板鼓泡效果更好;使用有效鼓泡时间能很好地表征多孔板的鼓泡性能;仅当气体流量处于0.35～0.7 L/min、孔间距小于6 mm时,孔间距对多孔板鼓泡性能产生影响;多孔板孔数的确定应保证生成的气泡体积处于气腔控制区。     

气溶胶水洗过滤效率实验研究

AP系列核电厂,在严重事故下采用乏池水洗作为应对安全壳超压失效的重要措施之一,能够显著减小放射性物质向环境的释放,因此,为了评估事故的放射性后果,有必要解明水洗现象和规律.本文建立了气溶胶水洗实验装置,使用TiO2作为模拟气溶胶,通过粒径谱仪测定了水洗前后的气溶胶浓度.实验分别研究了粒径、载气流量、淹没深度及不同鼓泡器...     

单个浸没孔气泡动力学特性的数值模拟

核电厂发生严重事故时可利用池洗效应去除泄漏的放射性气溶胶。对池洗过程进行两相数值模拟研究是有必要的，在使用两相计算流体力学（CFD）程序计算之前需要确定气泡注入点处的边界条件。基于整合池洗研究（IPRESCA）项目框架和流体体积法（VOF），对单个浸没孔气泡动力学特性进行数值模拟研究，捕捉浸没孔处气泡的大小、形状和脱离频率，并对气泡注入速度对气泡脱离频率的影响进行敏感性分析。利用DBSCAN聚类算法获得了气泡质心高度，并计算得到了不同高度的气泡上升速度。给出了平均空泡份额沿z轴方向的分布，以及平均空泡份额和平均混合速度在不同高度平面沿水平及径向的分布。      

安全壳过滤排放系统实验用气溶胶的确定及相关参数的选取

为了满足安全壳过滤排放系统的气溶胶过滤性能测试实验的要求,进行实验用气溶胶选取的方案研究。对安全壳内气溶胶实际特性进行计算评估,得出严重事故后安全壳内气溶胶的特性随时间的变化规律。综合考虑分析结果和国外的研究成果,确定实验用气溶胶为BaSO4、TiO2。实验用气溶胶的配送压力为0.1~0.65 MPa;主管道浓度为50~900 mg/m3,气溶胶质量中值直径为1μm,粒径分布的几何标准偏差为1~2。     

华龙一号失水事故后安全壳内气溶胶自然沉降现象研究

对于未采用喷淋系统的安全壳设计,安全壳内的自然沉降过程是放射性核素在安全壳内的一个重要去除机理.本文给出了重力沉降、扩散电泳、热电泳和布朗扩散四种自然沉降机理的沉降速率分析模型,对华龙一号冷管段双端剪切大破口失水事故后安全壳内气溶胶自然沉降现象开展了研究,分析了气溶胶粒径分布特性、气溶胶释放假设对自然沉降现象的影响.分...     

低流速排放下气溶胶水洗模型

在发生核电厂严重事故时,乏池水洗作为放射性气溶胶去除的手段之一,应用于先进非能动压水堆中。为评估气溶胶水洗效果,本文建立了蒸汽冷凝、惯性碰撞、重力沉降、离心沉积和布朗扩散等典型气溶胶去除机制模型,同时考虑了可溶性气溶胶颗粒增大现象,采用FORTRAN语言实现了气溶胶水洗效果分析程序。通过构建LACE Espana实验装置分析模型,模拟了3种典型低流速工况,并开展了气溶胶粒径、蒸汽份额以及淹没深度等关键因素的影响分析。结果表明：水洗净化系数（DF）计算值与实验结果的符合程度合理,模型有效性得到初步验证;DF随气溶胶粒径、蒸汽份额以及淹没深度的增大而增大,可溶性气溶胶颗粒增大将显著提高DF。     

旋风组钠气溶胶去除系统性能验证

钠气溶胶是钠冷快堆发生钠火时产生的特征性产物,需通过除尘净化系统对钠气溶胶进行去除净化,以减少排放到环境的放射性剂量和钠气溶胶浓度。采用干式气固分离路线,设计了一套旋风组钠气溶胶去除系统,通过开展真实钠火环境下的钠气溶胶去除试验,考察了金属钠燃烧过程中钠气溶胶浓度变化、粒径分布、压降、去除效率等主要参数,最终认为该系统对钠气溶胶具有很高的去除效率。     

Analysis of radionuclide retention in water pools

An analysis is presented of the removal of aerosol particles and gaseous fission products from steam-noncondensable gas mixtures rising through water pools. The pool is divided into a gas injection zone, a bubble rise zone and a pool surface zone. The formulation of the governing conservation equations is relatively general with a quasi-steady one-dimensional formulation for the gas phase, and an unsteady, well stirred, formulation for the liquid phase. An associated computer code for performing the calculations, SUPRA, is described. Results of parametric calculations are given for conditions expected in a BWR severely degraded core accident sequence. Parameters studied include aerosol particle size and distribution, mass fraction of noncondensable gas, gas mass flow rate, quencher submergence depth, and pool water temperature.     

单个浸没孔气泡动力学特性的数值模拟

In severe accidents of a nuclear power plant, the released radioactive aerosols can be removed by pool scrubbing effect. Two-phase numerical simulation of the pool scrubbing process is necessary. The boundary conditions at the bubble injection point need to be determined before using the two-phase CFD program. Based on the framework of Integration of Pool scrubbing Research to Enhance Source-term Calculations (IPRESCA) project and the volume of fluid (VOF) method, a numerical simulation of gas injected bubble dynamics from single submerged orifice was carried out. Bubble size, shape, and detachment frequency at the orifice were captured. Sensitivity analysis of the influence of bubble injection speed on bubble detachment frequency was carried out. The bubble centroid height was obtained by DBSCAN clustering algorithm, and the bubble rising velocity at different heights was calculated. The distribution of the mean void fraction along the z-axis direction and the distribution of mean void fraction and mean mixture velocity along the horizontal lines and radius in central plane at different height are given.     

微量锆在钚纯化循环中的行为

研究了相接触时间、相比、硝酸浓度对锆萃取性能的影响,并通过台架试验研究了流比、料液酸度、洗涤级数、萃取级数、铀浓度对Pu产品中Zr净化效果的影响。结果表明:流比(2AF∶2AX)、料液(2AF)中HNO3浓度、洗涤级数对Zr的净化具有显著的影响,而铀浓度对Zr的净化效果影响有限。台架温试验证明,选择的优化工艺可以满足Pu的收率和Pu产品中Zr的净化因子大于100的要求。     

蒸汽夹带作用下高温颗粒表面拖曳力模型研究

高温熔融物在冷却剂中的沉降过程关系到蒸汽爆炸的触发及后续过程的发展,影响严重事故缓解措施的设计与实施。基于高温颗粒表面蒸汽膜的夹带作用,通过理论建模与实验拟合的方法,构建了预测粗混合阶段颗粒在冷却剂中沉降过程的拖曳力系数的半经验关系式,表示为颗粒弗洛德数（Fr_p）与夹带雷诺数（Re_α）的函数。通过与高温钢球下落冷液中沸腾运动过程实验结果的比较,验证了粗混合初期蒸汽的夹带作用是颗粒沉降的主导因素。另外,沉降速度的变化受高温颗粒的直径影响。颗粒的直径越小,其沉降特征越接近于“冷颗粒”,这主要与蒸汽夹带作用的降低有关。