RELAP5/MOD3.2与MOD3.3临界流模型对比及分析

热工水力程序RELAP5/MOD3具有比较广泛的应用,文章基于RELAP5/MOD3.2与RELAP5/MOD3.3两个程序版本,对某反应堆冷段3.5in小破口失水事故进行计算分析,初步探讨不同临界流模型对计算结果的影响,相关结果可为分析类似小破口失水事故提供一定的参考。     

秦山核电厂主蒸汽管道破裂事故的RELAP5／MOD2分析

通过使用RELAP5/MOD2程序对秦山核电厂主蒸汽管道破裂事故的计算,对该程序的临界流模型和传热模型进行分析,并与其它大型热工水力分析程序的计算结果及实验结果进行比较。在计算过程中,对RELAP5/MOD2程序汽水分离器模型的使用进行修正,使之符合核电厂安全评审计算的要求。     

非能动余热排出系统数学模型研究与运行特性分析

利用某型核动力装置非能动余热排出系统1:10原理性试验的8个稳态工况、6个启动工况的试验数据,验证RELAP5/MOD3.2程序对本类型非能动余热排出系统的适用性。结果表明:垂直管内蒸汽凝结换热系数对两相流自然循环的流动与传热影响大;RELAP5/MOD3.2程序过低估算了垂直管内蒸汽流速对蒸汽凝结换热系数的影响,计算结果与试验结果偏差大。对RELAP5/MOD3.2程序垂直管内的蒸汽凝结换热模型进行修正,修正后的计算结果与试验值基本吻合;采用RELAP5程序对垂直管内两相流自然循环传热进行计算,须选择热前沿跟踪模型。对非能动余热排出系统的稳态与瞬态运行特性进行分析,理论计算与试验结果均表明:稳态工况下,系统可以实现稳定的两相流自然循环,系统排热能力受蒸汽发生器水位的影响大,冷却水入口温度与系统压力的影响相对较小;系统的启动特性良好,可快速地建立环路的自然循环,带走反应堆的衰变热。     

采用非能动余热排出系统实验数据对RELAP5程序的评价

利用非能动余热排出系统1∶10原理性实验台架的稳态实验与启动实验数据,对RELAP5/MOD3.2程序进行评估。结果表明：对于本原理性实验系统,RELAP5/MOD3.2程序过低估算了蒸汽流速对蒸汽凝结换热系数的影响,因而,程序中垂直管内的蒸汽凝结换热系数偏小,计算结果与实验结果偏差大。对RELAP5/MOD3.2程序垂直管内蒸汽凝结换热模型进行了修正,修正后的计算结果与实验值基本吻合。评价结果表明：采用RELAP5/MOD3.2程序对该类型的非能动余热排出系统进行计算,需对程序中垂直管内的蒸汽凝结换热模型进行修正。     

用RELAP5分析RD-14装置的破口实验

用RELAP5 /MOD3 .2程序模拟了在RD 1 4实验装置上进行的两个CANDU反应堆临界破口实验。对破口出现以后 ,冷却剂系统压力、堆芯压降和元件包壳温度的变化趋势进行了研究 ,计算结果和实验数据符合较好 ,表明用RELAP5程序模拟CANDU反应堆在LOCA事故后系统瞬变是可行的     

大破口失水事故重要模型不确定性评价及应用

在对大破口失水事故进程和物理现象进行深入剖析的基础上,确定了事故中对包壳峰值温度有重要影响的现象及对应的RELAP5/MOD3.3流动传热模型：临界热流密度模型、膜态沸腾传热模型和临界流模型。通过文献调研获得了对应流动传热模型的实验数据。将模型计算值和实验数据进行对比,对这3个模型的不确定性进行评价,并应用正交序列法得到模型不确定范围和概率分布。最后将概率评价结果应用于LOFT LP-02-6大破口失水事故的不确定性分析中,分析结果表明,对RELAP5流动传热模型的概率评价合理。     

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。     

蒸汽发生器U型管低含气率两相倒流现象研究

针对立式倒U型管自然循环蒸汽发生器传热管内的两相倒流现象,基于均相流模型,建立了U型管内低含气率两相流动传热理论模型,给出了U型管的进出口压降-质量流量曲线,分析了U型管内出现两相倒流现象的机理,研究了二次侧流体温度和入口含气率对倒流现象的影响规律,并与单相倒流进行了对比。利用RELAP5/MOD 3.3程序对相同条件下的倒流问题进行了计算。研究表明,提高蒸汽发生器二次侧工作压力可减少倒流,两相流入口含气率越高,倒流越易发生,两相流较单相流在U型管内更易倒流。     

平行通道流动不稳定性研究

并联通道的不稳定性是两相流学科中的重要研究方向。本文针对强迫循环并联环隙窄缝通道系统,使用RELAP5/MOD3.4程序进行分析,研究了平行通道系统的流动不稳定特性。指出在加热通道的水力直径较小时,平行通道系统中存在管间脉动和管间流量漂移两种不稳定现象。根据水动力特性曲线的特性,分析了这两种不稳定现象的形成及发展过程,得出主要运行参数对平行通道管间流量漂移不稳定性的影响规律。     

压水堆核电厂失流事故时反应堆冷却剂惯性流量计算

简要介绍解析法和 RELAP5/MOD1计算机程序中计算压水堆失流事故下冷却剂惯性流量的方法.以秦山核电厂的一种设计方案为例,比较了两种方法的计算结果。比较表明,两种方法算得的失流事故下的冷却剂惯性流量及相应的最小烧毁比都吻合得比较好。由于解析法计算简便并具有一定的保守性,因而适于在压水堆核电厂工程设计及运行中采用.     

单棒通道流动振荡诱发沸腾临界可视化实验研究

为深入分析沸腾两相流动振荡诱发沸腾临界的影响特性,本文以去离子水为工质,横截面19 mm×19 mm、中心为外径9.5 mm的单棒通道为研究对象,通过在不同热工参数下开展沸腾两相流动特性可视化实验研究,结合汽泡行为和汽-液界面特性,分析流动振荡诱发沸腾临界的影响特性。研究结果表明,低压力、低质量流速和低入口过冷度下,极易出现流动振荡,并导致沸腾临界提前发生,此时的临界热流密度与稳定工况下相比明显偏低;随着壁面热流密度不断增加,流道中两相流型先后出现泡状流、弹状流、合并弹状流、搅混流、剧烈搅混流、不稳定环状流;当流动出现剧烈振荡时,流道存在回流;发生沸腾临界时流道压降波动最大,对应的流型为不稳定环状流。因此,单棒通道内流动振荡可能会导致沸腾临界提前发生。      

气-液喷射器内两相流流型分析

对水平安装气-液喷射器内两相流流型进行了分析研究。根据圆管内气-液两相流流型转变的经验准则式,结合气-液喷射器性能方程,得出了气-液喷射器内环状流和雾状流的流型区间。以空气-水喷射器为例,给出了喷嘴出口当地最大马赫数与引射流体入口／出口压比的关系式,证明了当工作气体（空气）在喷嘴中作超临界膨胀时,喷射器内流型至少为环状流。     

高温气冷堆螺旋管蒸汽发生器流量漂移不稳定性研究

建立与氦气对流换热的并联螺旋管蒸汽发生器数值模型,分别采用一维飘移流模型和一维可压缩流动模型描述水侧和氦气侧的流动。在此基础上研究了球床模块式高温气冷堆核电站螺旋管蒸汽发生器内的流量漂移不稳定性。动态计算结果表明,在一定条件下蒸汽发生器内有可能发生流量漂移,不同传热管流量可相差几倍,而出口温度则相差几百度。通过对质量流速-压降曲线的分析,发现热负荷对稳定性起主导作用,热负荷越大越易发生流量漂移,且边界质量流量随热负荷呈线性增长。增大入口节流阻力和过冷度可以在一定程度上避免流量飘移。最后给出了蒸汽发生器流量飘移的稳定边界。     

不同参数对U型管式蒸汽发生器倒流影响的实验研究

在低流量强迫循环工况下,一部分U型管可能会发生流动反转的现象。通过实验研究了低流量强迫循环条件下一次侧入口温度、一回路总流速、电动调节阀阻力系数以及二次冷却水流量对U型管倒流临界点的影响。结果表明：随一次侧入口温度的增加,倒流临界流速增大;随一回路总流速的增大,倒流时U型管入口温度逐渐增大;从实验结果来看,电动调节阀阻力系数对倒流临界点的影响并不显著;随二次侧冷却水流量的增大,倒流临界流速缓慢下降。     

Derivation of new mass,momentum, and energy conservation equations for two-phase flows

System codes are used to analyze nuclear reactor systems during steady state and transient operations. These codes are able to predict pressure drop, void fraction distributions and temperature distributions for various coolants, heated flow geometries, and heat configurations. They also include models for various two-phase flow regimes, but extreme flow conditions that involve significant phase change can tax the current code capabilities. Current system codes have mass, momentum, and energy conservation equations for two fields (liquid and vapor), resulting in a model with six conservation equations. Recent developments in limited applications of a few of these codes have added a separate droplet field from the continuous liquid. This is part of a trend toward the inclusion of more fields (and requisite conservation equations) in system codes. The representation of two phase flow phenomena is improved by increasing the number of fields. Conservation equations based on six fields (liquid, vapor, small bubble, large bubble, small droplet and large droplet) are derived in this work.     

用集总参数法分析低含汽量自然循环回路汽液两相流稳定性

采用集总参数法分析低含汽量自然循环回路汽液两相流稳定性。描述热工水力现象的系统方程由均流模型偏微分守恒方程经集总参数平均导出，高含汽量常微分方程解程序包ＬＳＯＤＥ被用来解以常微分方程表征的系统方程，与清华大学核能技术研究院为分析５ＭＷ低温核供热堆热工水力特性而设计运行的两相流稳定性实验结果比较表明，采用集总参数法分析低含的自然循环回路两相流密度波振荡及其有关非线性现象是有效的。     

基于液膜蒸干模型的低压低流量环状流CHF理论研究

为对低压低流量下的环状流临界热流密度（CHF）进行预测,建立了考虑液膜蒸发、液滴沉积和夹带的液膜蒸干模型,并用已有的实验数据对其进行验证。计算结果表明：在实验参数范围内,CHF计算值与实验值相对偏差在25%以内,两者符合较好。以建立的环状流CHF模型为基础,研究了进口焓差、质量流速、管径和加热长度对CHF的影响。该模型能够有效地计算低压低流量环状流CHF和分析CHF随不同参数的变化趋势。     

Study theoretically on two-phase circulation flow characteristics under ERVC condition in advanced PWR

For the problem of two-phase natural circulation flow in gap clearance between reactor vessel lower head and insulator in the condition of severe accident, one-dimensional steady-state natural flow analysis code was written by utilizing FORTRAN. Based on the code, the effects of different correlations for friction coefficient and the number of nodes of heating section on mass flow rate of two-phase natural circulation flow were studied. And the results are compared with that of Chinese REPEC experiment and simulation using RELAP5 program so as to verify the rationality and correctness of the code. Based on the experiment data, simulation results and the model, friction coefficient and the void fraction condition under ERVC correlation are obtained by fitting. The results calculated by the model using fitting friction coefficient correlation agree well with ULPU V test data. Furthermore, the effect of power, pressure, inlet area, gap diameter, flooding level and inlet water subcooling on mass flow rate and void fraction of two-phase natural circulation were studied utilizing this code.     

单管内向下流动低含汽量下临界热流密度的理论估算

利用质量守恒、动量守恒和能量守恒方程,采用汽泡动力学和两相流的经验处理技术,导出了一个计算汽液两相流在单管内向下流动的临界热流密度(CHF)半径验关系式。其理论计算值与实验值有很好的一致性。     

空气-水在垂直非圆截面通道内流型研究

采用可视化方法研究了水力直径分别为15mm和10mm的两种正方形截面、14.43mm的三角形截面以及14mm的圆形截面通道内空气-水垂直上升流动,表观气速0.04～80m/s,表观水速0.001～6m/s.观察到了泡状流、弹状流、块状流、环状流和弥散泡状流等常见流型.此外,在表观气速很大而表观水速很小时,在非圆截面通道内发现了爬动流,证实了非圆截面直通道内存在"二次流"现象,且对气-液两相流动的相分布有较大影响,证明截面形状对两相流流型及其转变具有重要影响.由实验得到了流型转变界限,并首次获得了包括爬动流的两相流流型图.比较本文的实验结果及与前人的研究结果对比发现,水力直径的大小对两相流流型的转变具有一定影响.