高温气冷堆蒸汽发生器中石墨粉尘重悬浮规律研究

高温气冷堆中石墨粉尘的运动规律对反应堆安全具有重要意义。本文采用数值模拟方法计算得到蒸汽发生器中的流场分布,在此基础上分析了蒸汽发生器中石墨粉尘重悬浮的规律。结果表明,对于粒径为0.1 μm的石墨粉尘,粉尘的重悬浮率几乎为0,对于粒径为1 μm以上的石墨粉尘,随着氦气流速的增大,蒸汽发生器中石墨粉尘的重悬浮率增大;在相同氦气流速下,随着石墨粉尘粒径的增大,石墨粉尘重悬浮率增大。     

高温气冷堆热气导管中石墨粉尘沉积特性分析

高温气冷堆中石墨粉尘的运动规律对反应堆安全具有重要意义。本工作采用计算流体力学方法得到热气导管中的温度场分布,在此基础上分析了热气导管中热泳沉积与湍流沉积的规律。结果表明,随着颗粒粒径的增大,热泳沉积率下降,而湍流沉积率则先减少后增大。通过比较30%FP及100%FP两种反应堆功率下的计算结果发现：反应堆功率为30%FP时对应的热泳沉积率更高,而反应堆功率为100%FP时,湍流沉积率增长更加迅速。当颗粒粒径较小时,热泳沉积与湍流沉积作用相当,颗粒粒径较大时,湍流沉积明显占主导地位。最后,采用最可几分布的粒径计算了热气导管中石墨粉尘总的沉积量,计算结果表明石墨粉尘沉积总量有限。     

HTR-10蒸汽发生器中石墨粉尘重悬浮规律预测

以HTR-10中石墨粉尘聚集的重要场所蒸汽发生器(SG)为对象,通过数值计算获得SG中的流动参数,在此基础上采用Vainshtein重悬浮模型计算反应堆满功率运行情况下氦气流中石墨粉尘在SG中的重悬浮份额。结果表明,沿SG高度方向,摩擦速度逐渐增加,石墨颗粒重悬浮份额随之逐渐增大;石墨粉尘颗粒粒径越大,重悬浮份额越大;石墨粉尘随时间的重悬浮规律在SG不同区域均有短期效应和长期效应。     

石墨粉尘通过高温气冷堆堆芯球床结构的运动行为研究

高温气冷堆在运行过程中产生带有放射性的石墨粉尘,对反应堆的运行安全和环境安全造成一定影响。本文选取二维球床流场,采用离散相模型分析了堆芯球床结构对石墨粉尘颗粒的扩散和沉积的影响。计算结果表明:球床结构能有效阻碍石墨粉尘颗粒的扩散;沉积在球床结构上的石墨粉尘颗粒数目随堆芯内氦气流速的增加而增大,而由于受到颗粒惯性及热泳力的作用其增长趋势逐渐放缓;石墨粉尘颗粒在球床结构上的沉积效率随粒径的逐渐增加呈现"几乎不变-快速增长-缓速增长"的态势。     

杯式连续沉淀器中草酸亚铁的沉淀工艺

采用着色法研究了杯式连续沉淀器中流场形状与性质，并采用加入颗粒、即时沉淀反应生成颗粒两种方式考察了沉淀颗粒在中心涡流区域的分布与扩散情况。在26 ℃时，采用杯式连续沉淀器研究了料液的加料方式、搅拌速率、表观反应时间等因素对生成的草酸亚铁沉淀颗粒粒径分布和平均粒径、对连续沉淀器和搅拌桨表面颗粒粘结的影响。当草酸料液与硫酸亚铁料液均从杯式连续沉淀器中心涡流区域加入时，可以有效避免沉淀器内壁产生颗粒粘附、结块现象，且所生成的颗粒平均粒径较大，其中生成的粒径为2～5 μm和小于10 μm的颗粒所占比例较小。当搅拌速率在500～800 r/min时，提高搅拌转速不利于生成粒径为2～5 μm和小于10 μm的沉淀颗粒，而草酸亚铁连续沉淀反应的表观反应时间大于30.0 min时，沉淀颗粒的生长速率逐渐变缓。     

水滴粒径对旋叶式汽水分离器性能的影响

采用计算流体动力学技术计算分析了水滴粒径对旋叶式汽水分离器性能及其内部流动细节的影响。采用Euler双流体模型结合均值粒径方法计算了分离器内两相流动,粒径选取范围为0.1～150 μm;通过分析流场细节揭示了粒径与分离器性能的内在关系。结果表明：随粒径的增大,压损呈先升后降趋势,分离效率呈“S”型增大趋势;对分离效率产生影响的粒径范围为5～150 μm,而对压损产生影响的粒径范围为大于5 μm;与试验值相比,计算所得压损相对偏差均在4.8%以内,且选用合适的粒径能获得较为准确的分离效率和出口湿度,表明本文计算方案较为可靠;蒸汽流量分配比和水分返流比均随粒径的增大而减小,而返流水分占出水总量的比例较高,可达48%,因此计算中必须加以考虑,建议计算域中加入外围空间。     

蒸汽发生器管束区泥渣沉积特性研究

泥渣颗粒在蒸汽发生器(SG)管束区的沉积是传热管发生腐蚀的主要原因。本文通过数值模拟来研究泥渣颗粒在SG管束区的沉积特性以及不同粒径的泥渣颗粒在管束区不同位置的沉积特性。研究表明:低流速和回流是泥渣颗粒在管束区滞留的主要原因;当颗粒粒径较大时,泥渣颗粒在底板、流量分配板和支撑板上的沉积较为分散;随着粒径的减小,泥渣颗粒在底板上向中心处沉积,在流量分配板上向筒体处沉积,在支撑板上向中心处沉积。     

基于巴西圆盘试验的国产石墨拉伸强度及特性研究

拉伸强度是石墨构件设计和结构完整性评价的一个重要参数，为研究国产石墨的拉伸强度及试样尺寸、石墨颗粒粒径、微观组织等对拉伸强度的影响，本文选用3种典型国产石墨，即粗颗粒、细颗粒和超细颗粒石墨，对每种石墨的4种不同尺寸规格的试样在拉伸试样机上开展巴西圆盘试验，采用高速相机捕捉劈裂破坏过程，使用扫描电镜观测断口形貌。对比分析了裂纹的扩展过程及破坏形式，测得了拉伸强度并分析了其分布特点，研究了试样尺寸、石墨颗粒粒径、微观组织等对拉伸强度的影响。结果表明：石墨劈裂试验过程满足巴西圆盘试验有效性的要求，试样尺寸越大，石墨颗粒粒径越大，越易产生二次裂纹和局部压缩破坏；通常石墨拉伸强度随试样尺寸的增大而增大，但试样尺寸较小时要综合考虑试样尺寸和颗粒粒径的影响，且材料密度越小尺寸效应越明显；石墨拉伸强度随颗粒粒径的增大呈下降趋势，表现出显著的颗粒粒径效应；石墨拉伸强度具有较大的分散性，其与石墨颗粒粒径表现出明显的相关性，细颗粒石墨拉伸强度的均匀性较粗颗粒石墨好得多，同时超细颗粒石墨明显优于细颗粒石墨；石墨的微观组织对拉伸强度有显著影响，粗颗粒石墨有较多较大的原生孔隙等缺陷，其拉伸强度最小，细颗粒石墨次之...     

高温气冷堆氦气主流区中石墨粉尘运动特性初步分析

以高温气冷堆一回路氦气中石墨粉尘颗粒为研究对象,初步计算分析氦气主流区中单个石墨粉尘颗粒的各种受力.结果表明,各种受力中,气体阻力占绝对主导作用.在分析受力的基础上,推导出一回路中石墨粉尘颗粒的简化运动控制方程,并计算分析石墨粉尘颗粒速度随氦气流速的运动规律:当主流氦气流速度恒定时,石墨粉尘颗粒速度按照负指数的运动规律不断趋近于主流氦气速度；当主流氦气速度随时间发生线性变化时,石墨粉尘颗粒速度与主流氦气速度趋向于一个恒定的差值；在高温气冷堆氦气气轮机循环中,石墨粉尘颗粒从静止到流动时的加速度变化与反应堆功率调节的增减呈现同一性.     

HTR-10中石墨粉尘在热气导管中的沉积

分析了10Mw高温气冷堆(HTR-10)中的石墨粉尘在热气导管中的沉积情况,得到了石墨粉尘在热气导管中的沉积率.在分析计算中,考虑了石墨粉尘在热气导管中的紊流沉积和热泳沉积.计算结果发现,石墨粉尘在热气导管中的沉积量非常小,其主要原因是氦气的流速较高.     

The design and thermohydraulics study of the HTR-10 High Temperature Helium Experimental Loop

A High Temperature Helium Experimental Loop (HTHEL) for the purpose of studying the transportation and deposition behavior of solid fission products in high-temperature helium coming from the steam generator (SG) in the 10 MW High Temperature Gas-cooled Test Reactor (HTR-10) is studied and designed. Through the optimal design based on thermohydraulics analysis, the three-sleeve structure of deposition sampling device (DSD) could realize full-length temperature control evenly and simulate the physical environment of the heat transfer tube of SG in the HTR-10 in the sense of thermohydraulics, which could be used to study the original source term in the primary circuit. The simulation of the graphite dust particle trajectories in the DSD are shown and it is elucidated that DSD could also be used to study the behavior of graphite dust in the high temperature helium in the SG of HTR, which will provide deeper understanding for the analysis of source terms of HTR-10.     

蒸汽发生器换热管流量分配及其对核主泵入口流场的影响

为研究蒸汽发生器（SG）换热管流量分配及其对反应堆冷却剂泵（RCP）入口流场的影响,进行了蒸汽发生器的缩尺模型冷态实验,并以实验获得的数据为SG下封头的入流条件,对SG下封头进行数值建模,并采用计算流体力学（CFD）方法对其进行了三维流场计算。结果表明:SG换热管存在较严重的流量分配不均,SG入口管会对其所正对部分的换热管的流量分配产生较大影响,使该部分流量增大,即形成高速区,而高速区周围会形成相对的低速区甚至回流区;在小流量时,换热管的沿程损失将对换热管的流量分配起主导作用;SG换热管内的不均匀流量分配会使SG出口管处的轴向速度更加紊乱,即在核主泵入口产生更加严重的入流畸变。      

CFD simulation of particle deposition on an array of spheres using an Euler/Lagrange approach

The Generation IV Pebble Bed Modular Reactor (PBMR) is being considered as a promising concept to produce electricity or process heat with high efficiencies and unique safety features. The PBMR is a high-temperature, helium-cooled, graphite moderated reactor. The fuel elements consist of 6 cm diameter spherical graphite “pebbles” containing each thousands of uranium dioxide microspheres.As the pebbles continually rub against one another in the core, a significant quantity of graphite dust can be released in the reactor coolant system. These dust particles, which contain some amounts of fission products, are transported and deposited on pebbles as well as primary circuit surfaces. It is therefore of great safety interest to develop and benchmark numerical approaches for predicting deposition of dust particles in the various locations of the PBMR primary circuit.In this investigation, we use the ANSYS-Fluent CFD code to simulate particulate flows around linear arrays of spheres and compare deposition rates against experiments. It is found that the Reynolds Stress Model (RSM) combined with the Continuous Random Walk (CRW) to supply fluctuating velocity components predicts deposition rates that are generally within the scatter of the data. The methodology developed here can therefore be used to predict to first order the graphite dust deposition rates on pebbles in PBMR-type reactors.     

10MW高温气冷堆氦气流中石墨粉尘的凝并发展

在10MW高温气冷堆中，因球形燃料元件的循环等多种因素，石墨构件摩擦磨损而产生石墨粉尘的现象不可避免。石墨粉尘的粒度很小（约1μm），它在氦气的携带下将在一回路内流动。颗粒的布朗运动使石墨粉尘在流动过程中彼此碰撞而出现石墨粉尘的凝并现象，由此改变了石墨粉尘的粒度分布。本工作采用离散 分区模型，针对10MW高温气冷堆，计算了石墨粉尘在氦气流中的碰撞与凝并状况。计算结果表明，在10MW高温气冷堆中，石墨粉尘的凝并现象不严重。     

载荷对HTR-PM高温气冷堆用石墨球摩损性能的影响

采用摩擦磨损试验机研究了载荷对HTR-PM高温气冷堆用石墨球在氦气气氛下的摩损性能影响,并利用光学显微镜分析了磨损表面形貌,利用激光粒度仪和扫描电镜分析了石墨粉尘的粒度和形貌。结果表明:在氦气气氛下,摩擦系数随着载荷的增加呈现减小的趋势;产生的石墨粉尘主要呈片状或絮状体,有较强的粘附性,粒度随着载荷的增加而增加;不同载荷下,随着时间的增加,石墨球的磨损率不断减小,最终趋于一个稳定值。     

Numerical Simulation on Heat Transfer Characteristic of Steam Generator of ACME Facility

Taking the steam generator (SG) of the ACME facility as the study object, two-fluid model was chosen for the secondary side of the SG and a direct simulation was made on the whole SG of the ACME facility with the CFD software CFX. The stable test conditions were calculated. The primary side and secondary side temperature distribution of SG, the secondary side void fraction distribution and the wall temperature of heat transfer tube were obtained. The secondary side detailed flow and heat transfer characteristics were arrived. The results show that bubbles begin to accumulate from the second baffle and bubble amount increases as the tube is higher. Near the bend area and above, they all become steam. The calculated results are all in accordance with the experimental results.