超临界压力水循环系统非线性水动力特性研究

建立超临界压力下自然与强制水循环回路的统一水动力模型,结合超临界压力下特殊的物性变化、非线性动量传输与系统耦合特征,采用基于延拓的非线性数值方法,系统比较研究了超临界压力下自然与强制循环水系统的复杂水动力特性,揭示了超临界压力下自然与强制循环系统独特的非单调的流量-加热功率关系及其机制与特点.分析了系统传热特性,并讨论了加热段入口温度、局部阻力对自然和强制循环水动力特性和系统传热的影响规律.     

超临界水自然循环回路流动和传热特性数值模拟

正在国际原子能机构的协调研究计划项目的支持下,以超临界水自然循环试验回路为研究对象,采用计算流体软件ANSYS CFX对10个试验工况进行了数值模拟,分析了自然循环情况下超临界水的流动及传热特性。计算发现,整个计算工况范围内采用层流模型可以很好的模拟回路内的自然循环流动,计算得到回路循环流量、试验段内主流温度及内壁温度随加热功率的变化与试验值均符合较好,计算结果如     

矩形回路内超临界水稳态自然循环特性数值分析

采用计算流体力学(CFD)方法对简单矩形回路内的稳态自然循环进行数值模拟研究,并对超临界条件下的重力压降计算方法进行评估分析。结果表明,稳态自然循环流量随加热功率的变化,加热段出口流体温度在拟临界点附近时出现最大值,该最大值随加热段入口流体温度的增加而减小;加热段的温度整体上升并向拟临界区移动时,加热段进出口间的密度差、速度差趋于增加,而压降趋于减小。重力压降计算方法评估表明,Ornatskiy与Razumovskiy所推荐的公式在计算较长管道(2 m)内重力压降时结果偏小,最大偏差接近-30%,辛普森公式可以较好地计算较长管道内的重力压降,可用于处理实验数据。     

HRTL-5自然循环稳态特性

基于一维两相四方程漂移流模型,采用数值模拟的方法对5MW低温核供热堆热工水力模拟回路（HRTL-5）的自然循环稳态特性进行模拟,分析了HRTL-5自然循环流量特性及其参数效应。结果表明：1)漂移流模型比均相流模型更适用于HRTL-5;2)当系统压力为1.5MPa时,系统自然循环流量随加热热流密度的升高而增加;3)当系统压力为0.5MPa时,系统自然循环流量随加热热流密度的升高先增加后减小;4)自然循环流量随加热段入口欠热度的升高而减小;5)当加热热流密度较低时,〖JP3〗系统自然循环流量随压力的升高而减小,当加热热流密度较高时,系统自然循环流量随压力的变化呈现复杂状况。     

对称双环路倾斜条件下自然循环特性研究

通过理论分析和实验对倾斜条件下多回路传热系统自然循环特性进行研究。实验在一对称双环路自然循环回路上进行,利用海洋工况模拟实验台实现倾斜条件。理论分析与实验结果符合较好。研究结果表明,在一定热负荷下,倾斜使总循环流量低于倾斜前,而冷、热管段温差则高于倾斜前。由于上、下联箱内流体存在密度差,在倾斜条件下将产生垂直于主循环驱动力方向的附加驱动力,使流体产生沿外环流动的趋势,并最终导致支路循环的不平衡性;缩短换热器间距离、增大换热器与加热段距离可以降低倾斜导致的支路不平衡性。     

摇摆条件下一体化反应堆模拟回路冷态流动特性研究

对一体化全功率自然循环反应堆实验回路进行冷态摇摆实验,并应用非惯性参考系流动模型进行理论分析。结果表明,摇摆引起回路各段流体波动,波动周期与摇摆周期相同,加热段内的流体没有通过上升段进入换热器,未形成类似自然循环的流动;冷态摇摆时流量波动大小取决于回路结构、阻力大小、摇摆轴位置和摇摆角加速度,减小分流段长度能有效抑制波动;流量波动与摇摆角度间的相位差与回路的结构参数相关,其大小正比于摇摆频率,反比于回路阻力系数。     

一体化小型堆主回路自然循环稳态特性实验研究

在模拟一体化小型堆主回路的自然循环试验台架上,进行了小型堆主回路自然循环稳态流动特性的实验研究。结果表明:在输入的外部条件保持一致的情况下,实验本体内的自然循环流动保持了很好的对称性;影响自然循环流量的主要因素是加热功率,入口温度、系统压力等参数的影响较小;提出了一个表征系统自然循环能力的综合特征参数k,可当作指标参数来衡量不同的自然循环回路或不同的运行工况下的自然循环能力,对进一步优化一体化自然循环反应堆的参数设计具有重要指导意义。     

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。     

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。     

低压低干度自然循环汽水两相流流量振荡特性

实验研究了低压低干度汽水两相混合物在自然循环条件下产生密度波不稳定性时的流量振荡特性。实验在大型热工水力学实验回路ＨＲＴＬ－２００上以水为工质进行，压力为１．０－４．０ＭＰａ，加热功率为２７－１９０ｋＷ，人口欠热度为５－８０℃，加热段出口质量含汽率小于５％，实验参数范围包括２００ＭＷ核供热堆微沸腾工况运行的参数。获得了有关自然循环流量振荡模式、相对振幅、振荡周期等振荡特性参数随系统压力，加热功率和