液态铅铋共晶合金中纳米颗粒的热泳运动研究

采用液体中的固体颗粒热泳理论,对铅铋共晶合金(LBE)中金属纳米颗粒的热泳现象进行研究。计算LBE中不同种类纳米颗粒的热泳速度,并观察不锈钢纳米颗粒在不同流体中的热泳速度。对LBE中不同种类纳米颗粒热泳速度的计算结果表明,LBE中纳米颗粒的热泳速度随着温度梯度的增加而增加,随粒径的减小而增加;不锈钢颗粒的热泳速度要比碳纳米管颗粒低两个量级,与铜纳米颗粒的热泳速度相近。对不锈钢纳米颗粒在不同流体中热泳速度的计算结果表明,不锈钢颗粒在LBE中的热泳速度要比在水和四氟乙烷中低1个量级,比在机油和乙基乙二醇中高2个量级。     

液态铅铋共晶合金中纳米颗粒的热泳运动研究

采用液体中的固体颗粒热泳理论,对铅铋共晶合金(LBE)中金属纳米颗粒的热泳现象进行研究。计算LBE中不同种类纳米颗粒的热泳速度,并观察不锈钢纳米颗粒在不同流体中的热泳速度。对LBE中不同种类纳米颗粒热泳速度的计算结果表明,LBE中纳米颗粒的热泳速度随着温度梯度的增加而增加,随粒径的减小而增加;不锈钢颗粒的热泳速度要比碳纳米管颗粒低两个量级,与铜纳米颗粒的热泳速度相近。对不锈钢纳米颗粒在不同流体中热泳速度的计算结果表明,不锈钢颗粒在LBE中的热泳速度要比在水和四氟乙烷中低1个量级,比在机油和乙基乙二醇中高2个量级。     

压水堆严重事故下气溶胶热泳沉积规律

通过编制程序,采用热泳沉积模型,计算严重事故工况下不同温度、压力、粒径时安全壳内气溶胶的热泳沉积效率。通过分析,可针对性地采取措施降低安全壳内壁面的温度,提高气溶胶的热泳沉积效率,增强反应堆的安全性能。      

颗粒沉积对纳米流体流动及换热影响实验研究

分别在有纳米颗粒沉积和没有纳米沉积的情况下,对不同纳米颗粒浓度的Al_2O_3/H_2O纳米流体在竖直圆管内的流动和换热特性进行实验研究,分析了纳米颗粒在竖直圆管换热面上的沉积对管内纳米流体流动及换热特性的影响。结果表明:纳米颗粒的沉积对流动特性有显著影响,对换热特性的影响并不明显;随着纳米颗粒浓度的增大,摩擦阻力系数和换热能力都有显著增加。     

考虑聚并及热泳的微米级气溶胶粒子沉积数值模拟研究

本文基于C++编写的程序对0.5~10 μm气溶胶粒子沉积进行了数值模拟,研究了聚并和热泳对沉积的影响及其耦合作用。结果表明,气溶胶粒子数量浓度小于10¹²m^-3时,聚并可忽略;气溶胶粒子数量浓度为10¹⁴ m^-3时,聚并不可忽略。考虑聚并后,气溶胶粒子的沉积速度显著增加,如在温度梯度为3 000 K/m时,10 μm气溶胶粒子的沉积速度较不考虑聚并时增大了37.2%。不考虑聚并、温度梯度为3 000 K/m时,由于热泳作用,0.5 μm气溶胶粒子沉积速度增大到无温度梯度的5.96倍,考虑聚并后,减小为4.41倍（数量浓度为10¹⁴ m^-3）。聚并和热泳会相互影响,但总体上聚并和热泳均会增强气溶胶粒子的沉积,从而加快气溶胶粒子的损失。     

超临界水冷堆核热耦合计算研究

以美国超临界水堆(SCWR)设计为研究对象,开发超临界水堆的物理-热工耦合计算程序。该计算程序采用Dragon和Donjon直接耦合计算,提高计算精度和速度;并在功率迭代中引入松弛因子,通过部分迭代法解决传统迭代方法不收敛的问题。轴向温度和密度分布的计算结果验证了程序的有效性和准确性。     

辐射改性聚丙烯的超临界二氧化碳发泡性能研究

对γ-射线辐射改性聚丙烯(PP)进行超临界二氧化碳(CO2)发泡研究。用差示扫描热仪(DSC)、高级流变扩展系统(ARES)、熔体流动速率测试仪和扫描电镜(SEM)分别对辐射改性PP样品的熔点、粘度、熔体流动速率和PP泡沫的微孔形貌进行了表征。结果表明,经过γ-射线辐照后PP熔点略有降低,粘度随吸收剂量的增加而明显降低。PP经过辐射改性后的发泡性能得到改善,辐射改性PP容易获得发泡倍率更高的泡沫,同等发泡压力下辐射改性PP需要较低的发泡温度。     

超临界二氧化碳布雷顿循环热力学特性研究

基于热力学第一定律,开展超临界二氧化碳(S-CO_2)布雷顿循环的热力学特性研究。在设备模型构建和初始条件假设的基础上,研究系统采用再压缩循环的热力学特性和参数限制条件。针对进出口温差较大的热源系统,提出了复叠式分流循环方案,开展热力学特性分析和评价,并与再压缩循环进行定量比较,得出各自的适用对象。     

两种截面窄通道内PM1颗粒沉积数值模拟对比研究

基于FLUENT软件,对尺寸为20 mm×20 mm×1000 mm(通道1)和10 mm×30 mm×1000 mm(通道2)的竖直矩形窄通道内,不同温度场中动力学直径小于或等于1μm的颗粒物(PM1)在湍流工况下的沉积规律进行数值模拟研究。气相采用标准k-模型,PM1颗粒采用离散相模型(DPM)。结果表明,矩形通道内湍流扩散、热泳效应和二次流的共同作用使PM1颗粒在近壁面区域富集;湍流扩散使主流区的PM1颗粒在靠近壁面处富集;二次流是PM1在拐角附近产生富集的主要原因;而在温度场内近壁面区域,热泳力是PM1在冷壁上发生沉积的最主要因素;随主流温度的增高,PM1颗粒布朗运动增强,使PM1的无规则运动和扩散加强,不利于PM1形成稳定的富集区,减弱了PM1在冷壁面上的沉积。     

矩形回路内超临界二氧化碳自然循环实验研究

为认识超临界二氧化碳自然循环基本特性,开展超临界二氧化碳在简单矩形回路内自然循环特性的实验研究,研究系统压力和冷热段流体温差对自然循环流量的影响,分析回路结构对自然循环特性的影响。结果表明:循环流量存在峰值;峰值点前,随加热功率增加流量快速上升,峰值点后流量变化平缓;在本试验参数条件下未观测到流动不稳定现象;压力对循环流量影响与亚临界自然循环类似,压力越高循环流量峰值越大,回路冷热段温差对循环流量影响较大;加热段出口流体温度接近拟临界温度时,很小的回路温差变化即可引起循环流量较大变化;加热段布置方式对超临界二氧化碳自然循环流量变化特性影响较大,对回路稳定性的影响需要进一步进行实验验证。     

超临界二氧化碳细管喷放临界流特性研究

以处于超临界状态的二氧化碳为工质,开展了泄压喷放及临界流实验研究,获得了上游滞止参数、喷管长径比对临界流量影响的实验数据和趋势规律,基于实验数据提出了超临界二氧化碳临界流量预测关系式,并进一步利用公开文献中其他研究人员的实验数据对关系式进行了评价,预测值与实验结果偏差在±15%以内,表明本文提出的预测关系式能对超临界二氧化碳临界流量进行较好预测。     

超临界二氧化碳喷射器结构设计与性能研究

在不额外消耗机械功的条件下,为了尽可能消除超临界二氧化碳涡轮系统中产生的泄漏气体对循环稳定性的负面影响,本文基于等压混合理论和双壅塞临界状态设计了可将泄露气体加压输送回循环的喷射器结构,使用计算流体力学软件Fluent对该模型进行数值模拟,分析喷射器的性能,探究尺寸参数对喷射器性能的影响。结果表明,四级串联的喷射器能依次将0.5 MPa泄漏气体加压至2.0、4.4、6.0、8.0 MPa,实现泄漏气体的回收利用;喷射器背压小于临界压力时,引射比不受背压影响,喷射器背压大于临界压力时,引射比随背压的增大而急剧减小;引射比随入口截面的减小而增大,随喷嘴收缩角的增大先增大后减小,在收缩角为20°时,引射比达到最大。     

超临界水热物性的快速计算方法

本文提出了一种快速而精确的查询表插值和公式计算相结合的超临界水热物性的计算方法,并编制了一个通用程序包,在确保精度的情况下,大大提高了物性计算的效率,能广泛应用于超临界水堆的安全分析程序中.     

基于超临界二氧化碳布雷顿循环的钠冷快堆方案研究

超临界二氧化碳布雷顿循环因热效率高、布置紧凑等特点受到了广泛的关注,多种核能系统将其列为备选的动力循环系统。为研究基于超临界二氧化碳布雷顿循环的钠冷快堆系统的特点,本文在调研和分析的基础上,从反应堆回路数目、动力循环方式、系统参数选取及设备材料选型等方面开展了分析与对比,针对给定的系统配置方式初步分析了系统主要参数特点,并对应用于钠冷快堆的超临界二氧化碳动力循环系统的发展提出了建议。     

应用于钠冷快堆的超临界二氧化碳动力转换系统研究

超临界二氧化碳（SCO₂）布雷顿循环由于高效、紧凑和可避免钠水反应等特性而成为钠冷快堆的理想动力转换系统。本文以1 200 MWe大型池式钠冷快堆为系统热源,钠回路温度及热负荷为循环系统运行边界,对比研究了不同SCO₂布雷顿循环系统性能和关键设备性能的变化规律。研究发现,级间冷却再压缩循环与钠冷快堆热源特性匹配性最佳,且循环效率最高（40.7%）。进而研究了不同运行参数对级间冷却再压缩循环效率的影响规律,给出了循环系统效率对各关键影响因素的敏感度,发现循环系统效率对冷端参数的敏感度最强,其次为分流比和透平入口参数,对主压缩机级间压比的敏感度最弱。     

超临界二氧化碳环境中600合金和304不锈钢的均匀腐蚀行为研究

为遴选可用于超临界二氧化碳核反应堆的结构材料,通过实验研究了应用于传统核反应堆中的两种合金（600合金和304不锈钢）在650℃、20 MPa的超临界二氧化碳环境中的均匀腐蚀行为,运用增重法评价了材料的腐蚀动力学规律,采用扫描电镜、能谱仪和Ｘ射线衍射仪分析了氧化膜形貌、结构和化学成分。结果表明,两种材料的腐蚀增重均服从抛物线生长规律,其中600合金的耐腐蚀性能优于304不锈钢;腐蚀500 h后,600合金表面氧化物厚度约为5 μm,主要成分为NiCr₂O₄,结构致密,具有保护性,其氧化膜及基体中均未发现明显渗碳行为;腐蚀500 h后,304不锈钢表面氧化膜可达约45 μm,为双层结构,外层为Fe₃O₄,内层为NiFeCrO₄,结构疏松,发生显著渗碳现象。本研究揭示了上述材料在超临界二氧化碳中的腐蚀机理,为超临界二氧化碳核反应堆结构材料的选择提供了数据支持。      

不同通道内超临界水中颗粒物的运动沉积特性研究

利用ANSYS CFX软件模拟,采用κ-ε模型来预测通道内的湍流变化,得到不同粒径(1～10μm)颗粒在不同管道内超临界水中的运动沉积特性规律。发现不同管道中细颗粒物的运动沉积浓度在不同入口温度下,大致呈现"M"型分布,在靠近管道附近存在颗粒物浓度的极值。不同入口速度条件下,低速时各管道中颗粒浓度分布非常离散,速度提高后各管道内的颗粒物浓度呈现各自分布特点,主要受到颗粒扩散、热泳力、湍流作用及二次流等影响。分析出颗粒的运动沉积主要是颗粒与水分子间动量交换,以及颗粒运动受到阻力综合作用的结果。     

双D形流道内超临界二氧化碳传热特性数值研究

对简单双D形流道内超临界二氧化碳传热特性进行数值研究。重点研究了热流体质量流速对换热功率和换热效能的影响,以及热流道失流工况对传热特性的影响。研究表明:随着热流体质量流速增加,换热器换热功率增加,换热器换热效能降低;换热器的换热能力受冷热流体温差驱动,热流体失流时换热器换热能力下降,壁面温度降低,与定热流密度传热存在一定差异。     

管内超临界二氧化碳强迫对流传热浮升力效应数值研究

基于实验数据对管内超临界二氧化碳强迫对流传热中浮升力效应进行了数值研究。研究表明:较低质量流速和较高热流密度工况下,浮升力作用明显,进而引起流道径向和轴向速度重新分布,浮升力较强时甚至出现径向M形速度分布;当M形速度分布对应的零速度梯度点出现在粘性底层边缘时会明显弱化湍流的生成和扩散,引起传热恶化。基于实验工况的拓展计算表明:降低壁面热流密度、增大质量流速以及提高入口温度可以不同程度地缓解浮升力效应引起的传热恶化。