棒束燃料组件横流的远心PIV测量方法

压水堆棒束燃料组件通常在定位格架上设有搅混翼片,以促进横向搅混。因而,定位格架下游的横流是评判格架性能的重要依据。针对定位格架下游横流可视化测量的挑战,为粒子图像测速(Particle Image Velocimetry,PIV)系统设计了远心光路,有效地降低了图像的畸变。此外,针对粒子图像测速对光强均匀度的要求,在测量区域采用了氟化乙烯丙烯共聚物(Fluorinated Ethylene Propylene,FEP)管作为实验工质水的折射率补偿材料,消除了由于固体材料折射率过大导致的类似凸透镜的聚光效果。通过标定实验及流场测量实验证明,该测量方法能够获取5×5棒束格架下游完整截面的横向流速及漩涡结构。实验观测发现:在5Dh位置翼片搅混导致的横向流场依然很强烈,其强度会随着距离的增加而逐渐减弱。     

棒束定位格架内单相流体三维流场研究

利用计算流体动力学(CFD)方法对带定位格架棒束内单相流体三维流场进行研究,以了解定位格架对流体流动的影响。用激光多普勒测速系统测量的实验数据对预测结果进行了校验,两者吻合较好。     

用于流场可视化实验的有机玻璃折射率匹配液研究

为减小流动工质与燃料组件模型之间因折射率差异给可视化流场测量带来的影响,将四氢化萘和无水乙醇混合得到一种新型有机玻璃（PMMA）折射率匹配（RIM）液。实验测量了不同浓度混合溶液的折射率、密度、动力黏度和雷诺数,并研究了4个变量对温度的敏感性。结果表明：在25 ℃时,四氢化萘(72.2%)-无水乙醇(27.8%)混合溶液与PMMA的折射率相等;Newton方程在预测混合溶液的折射率时与实验测量数据偏差最小。由于雷诺数对温度敏感,建议在实验装置中设置热交换设备来控制流动工质的温度。该RIM液具有成本低、密度适中、动力黏度小和稳定性高等优点,可用于流场可视化实验。     

应用二维激光测速系统和可视化技术研究换热器流动和阻力特性

介绍了应用二维频移激光测速系统对低温供热堆换热器流场的实验研究结果,测量了换热器模型三段流动进出口截面内的二维平均速度和湍流度分布;用总压-速度法和静压-流量法分别测定了随雷诺数变化的阻力系数特性;以氩离子激光器作片光源对添加在流体中的示踪粒子得到的可视化照片清楚地显示了流场的平均流动特性。结果表明,本实验中采用的管-壳式换热器系统存在着自模拟现象;总压-速度法同静压-流量法得到的结果差别很小;用可视化技术和激光测速得到的平均流动图是一致的,为进一步改善换热器的结构提供了依据。     

定位格架对流场影响的可视化实验研究

进行可视化实验,研究AFA-2G5×5定位格架对流场的影响。采用染色法研究定位格架顶端叶片 的交混作用,用白色玻璃球作为示踪剂研究棒束内的三维流场分布,二维激光多普勒测速仪(LDV)测量定位 格架上下游的横向和轴向速度分布。实验还得到了定位格架的压降特性和光棒的摩擦阻力特性。     

棒束通道温度场可视化实验研究

基于激光诱导荧光技术,对带定位格架棒束通道的温度场进行了可视化实验研究。采用折射率匹配技术,搭建可视化实验系统,提出适用于棒束通道温度场点对点标定的关系式,利用此关系式对定位格架下游温度场进行了重构。实验结果显示,采用激光诱导荧光技术可获得定位格架下游全场温度分布。分析了不同加热形式、流量和热流密度对温度分布的影响,并采用轴向流体温差和温度分布不均匀性定量评价了定位格架下游的搅混能力。在定位格架下游0～4D_h范围内,搅混性能逐渐增大,在4D_h后会随高度的增加逐渐减小。结果表明,激光诱导荧光技术可适用于棒束通道温度场的非介入式、全场测量,有助于对相应程序的验证和定位格架搅混性能的评价。     

用激光测速技术测量燃料组件棒束间隙中的水速分布

本文描述一种测量狭窄通道中水速分布的新技术,并用这种激光多普勒测速技术测量了反应堆燃料组件全尺寸模型几排棒束之间宽约3mm、深200mm间隙内的水流速度分布。在几个截面上,于不同流量下,取得了详细的实验数据,并对其进行了初步分析。激光多普勒测速技术显示了它许多独特的优点:非接触测量,不干扰流场;空间分辨率高,可以测量小区域内的流速分布;在保证精度的同时,测量方便,移动迅速;一般在45min内就可测出75点的流速,每点读数十次,得到一条线上的流速分布。     

脉动流下棒束通道内 流场与湍流特性的PIV实验研究

事故条件下路基核反应堆以及受到海洋条件附加惯性力影响的浮动核反应堆一回路冷却剂会处于非稳定流动状态,进而改变冷却剂的流动和传热特性,影响反应堆的安全运行.本文应用锁相粒子图像测速(PIV)以及折射率匹配技术分别对脉动流条件下有无定位格架棒束通道内瞬时速度进行了测量.实验结果表明:对于不带定位格架的棒束通道,加速使得靠近...     

5×5棒束通道局部阻塞流场实验研究

棒束燃料元件受辐照发生肿胀或弯曲变形易导致局部阻塞事故,可能造成局部冷却剂蒸干,严重威胁燃料包壳的完整性。因此有必要针对局部阻塞条件下棒束通道内的流场及阻力特性进行研究。本实验采用粒子图像测速（PIV）技术对局部阻塞条件下5×5棒束通道的流场特性进行了可视化测量,获得了不同类型子通道（边、角、中心子通道）在阻塞条件下的流场及压力数据。结果表明,漩涡在阻塞物两侧壁面生成,沿壁面增大到一定程度后脱落,并在下游形成回流区。随着阻塞率的增大,漩涡的尺寸及影响范围不断增大;随着雷诺数的增大,漩涡从阻塞物附近不断向下游扩散。流道内局部阻力系数随阻塞率的增大呈非线性增加趋势。     

基于激光多普勒测量的6×6棒束间湍流流动研究

采用3D激光多普勒测速装置研究了6×6棒束间的流场分布。实验选择了5种工况进行研究,雷诺数范围为6.6×103~7.03×104。其中6×6棒束试验段几何结构模拟相邻组件的布置方式。实验设置两种测量模式,第1种模式选择从试验段侧边测量,获得了距定位格架不同位置处的轴向速度和湍流强度的分布;第2种测量模式选择从试验段出口端面进行测量,获得了出口截面子通道间的三维速度和雷诺应力分布。通过对比不同雷诺数下的实验结果,分析了雷诺数对此次6×6棒束实验的影响。比较发现在雷诺数为6.6×103的情况下,存在低雷诺数效应。     

带搅混格架5×5棒束流场的激光多普勒测量

采用激光多普勒测速（LDV）系统,对带有2道搅混格架的5×5棒束格架下游4个横截面的流场进行了轴向流速测量。实验测得了各个截面上的平均轴向速度分布和轴向脉动速度均方根（RMS）分布。通过比较不同截面的平均速度与RMS速度的差异,分析了定位格架下游流场的演变规律;比较了2道格架下游的实验数据,分析了上游流场对格架效应的影响。本文实验数据是在充分重复性实验的基础上获得的,可以为计算流体动力学（CFD）结果的验证和评价提供基准参考。      

2×2棒束通道格架搅混翼横向流场PIV实验研究

以2×2放大棒束通道格架模型为基础,利用粒子图像测速(PIV)对格架搅混翼引起的燃料组件棒束通道内横向流场特性进行实验研究。测量流体经过格架搅混翼后不同位置的横向速度发展情况,比较折弯角分别为20°、25°、30°、35°、40°和45°时横向流场的变化情况,给出雷诺数对横向流场的影响。获得4个典型雷诺数(Re为33000、36000、40000、45000)下的流场特性。结果表明,Re和搅混翼折弯角度的改变,都会显著影响棒束通道内横向流动。     

铅铋堆零功率实验装置控制棒价值测量及方法优化

零功率实验装置的控制棒价值测量一般采用周期法、置换法或落棒法对刻棒实验进行简单处理。为提高刻棒效率,本文提出了无补偿的多步降棒刻棒方法,采用该方法对我国首个铅铋堆零功率实验装置控制棒价值进行了测量,与补偿刻棒方式及落棒法测量结果进行了对比,并通过理论计算验证了该方法的准确性。结果表明：本文方法有效降低了空间效应对测量值的影响,控制棒价值测量结果准确可靠,可在较短时间内完成较高精度的刻棒实验,适用于需经常更换装料方案的临界实验装置。     

堵流工况下棒束子通道流场实验与模拟研究

为探究堵流状态下的棒束子通道流场和流量分布特征，本文使用激光粒子测速(PIV)方法对5×5棒束子通道在堵流情况下的流场和子通道流量进行了实验测量，同时使用数值模拟方法进行模拟分析，得到子通道最大堵流比例72%情况下的子通道下游流场以及子通道流量分布数据，结果表明：子通道堵塞会导致对应子通道流速和流量出现明显降低，非堵塞通道的明显加强。对于实验测试的最大72%堵流比例，堵塞物对下游约0.5D范围影响最大，其子通道流速仅有平均流速的约30%,中心堵流子通道流量仅为平均流量的25%左右。使用浸入界面方法模拟了堵流工况，结果表明：该方法能快速有效地模拟子通道堵流情况，堵塞物带来的局部回流是导致堵流件下游0.5D范围内流速过低的主要原因。     

棒束通道内温度场分布特性研究

可视化实验技术越来越多地被应用于核反应堆系统参数的测量,本文基于激光诱导荧光（LIF）技术的特点,介绍该技术的难点和解决方案,并对棒束通道定位格架下游稳态流和脉动流下温度分布进行了研究。结果显示,通过对系统光学特性和染色剂特性研究,可提高LIF技术的应用范围和测量精度。同时采用后处理技术,可获得更准确的温度场分布。通过对棒束通道定位格架下游全场温度进行测量,获得了稳态流和脉动流两种工况下温度的分布。定位格架能显著增强下游的流动搅混,提高换热能力。流速的波动也会对温度分布产生显著影响。研究表明,LIF技术可实现对棒束通道内流体温度分布的全场测量,根据温度分布特性研究可实现对定位格架性能的评价。     

激光诱导荧光技术对棒束通道内定位格架搅浑特性研究

基于激光诱导荧光（LIF）技术开展了5×5棒束通道内定位格架搅浑特性的可视化研究。常温常压下,通过示踪染色剂（RhB）浓度分布表征流体微团的搅浑行为,清晰展现染色剂溶液在定位格架作用下的搅浑扩散过程,获取格架下游流场的搅浑信息。采用自验证方法分析验证LIF技术测量的准确性,重构棒束通道内径向与轴向染色剂浓度分布,对比带定位格架与不带定位格架的实验结果,得到定位格架对其下游流场的影响范围及不同棒束子通道所受搅浑程度的差异,并以变异系数量化格架对流场搅浑性能的强弱。实验结果表明：定位格架能快速搅浑流动工质,其搅浑翼片分布形式的差异是造成不同子通道交叉搅浑强弱及各向异性的主要原因。本实验工况（Re＝10 478）下,格架对其下游流场的作用范围约为8倍当量直径(D_h),流动工质在格架下游5D_h附近所受搅浑最为剧烈。     

基于PIV技术的低雷诺数下棒束通道流场研究

基于粒子图像测速(PIV)技术开展了低雷诺数(Re)条件下5×5棒束通道内充分发展段的流场可视化研究,试验Re从310～12296内选择了22组工况进行研究。试验结果表明:在低Re下,棒束通道内部的相对速度梯度较大,随着Re的上升,棒束通道内速度趋向于均匀化分布;通过阻力特性观察到的棒束通道中转捩相对于圆管较为模糊,转捩Re为900左右;在低Re效应的影响下,无量纲速度均方根随Re的增大而减小,而在转捩Re附近出现了无量纲速度均方根随Re的增大而增大的现象;此外该试验可以用于验证湍流模型对于不同Re的适用性。     

3×3棒束间湍流流动的3D激光多普勒方法实验研究

子通道或者子通道间的流动搅混显著影响热传递性能。采用5光束3D激光多普勒测速(LDV)系统对3×3棒束间的流动速度进行测量。棒束组件带有简单的定位格架,格架中没有安装搅混装置。棒束的直径与棒间距根据真实燃料组件确定。测量区域选择在近出口段的位置,此位置距离定位格架较远,流动已是充分发展。测量窗口选择在侧边。采用2D LDV测量了1/4的子通道截面,试验记录了测试区域中的主流速度和湍流强度。     

基于激光诱导荧光法的空泡份额测量

激光诱导荧光技术作为可视化实验领域中的新技术,在核反应堆热工水力研究中得到了越来越广泛的运用。将激光诱导荧光技术应用于气液两相流空泡份额的测量中,介绍了激光诱导荧光法测量空泡份额的原理,描述了激光诱导荧光法测量空泡份额的具体实施方法,说明了图像数据的处理方法,并将该测量空泡份额方法用于气液两相流实验测量研究,在不同工况下进行了竖直通道内两相流空泡份额测量实验。实验结果表明,利用激光诱导荧光技术测得的空泡份额与理论预测结果符合较好。运用该方法能对流场内的空泡份额分布进行连续测量,且不会对流场造成干扰。     

铅铋堆零功率实验装置控制棒价值测量及方法优化

<正>为提高零功率实验装置的控制棒价值测量效率,提出了无补偿的多步降棒刻棒方法,通过合理的探测器布置及合适的步长选取可消除空间效应的影响,直接得到S曲线,节省实验时间并避免繁杂先验计算。对铅铋堆零功率实验装置进行了多步降棒刻棒(图1),与补偿刻棒方法及落棒法测量结果进行了对比,并通过理论计算验证了该方法的准确性(图2,表1)。