摇摆条件下海上浮动堆全厂断电事故分析

为研究海洋条件对海上浮动堆全厂断电事故后的事故进程及非能动安全系统运行特性的影响,通过建立海洋条件加速度场模型,基于RELAP5程序开发获得了适用于海上浮动堆的系统分析程序,并对程序进行了实验验证。利用所开发的程序通过建立双环路海上浮动堆及二次侧非能动余热排出系统的计算模型,开展了不同摇摆运动参数下海上浮动堆全厂断电事故的计算分析。计算结果表明,船体的横摇运动可加快全厂断电事故后浮动堆系统压力和温度的下降速度,堆芯余热能够被二次侧非能动余热排出系统有效导出;但横摇运动会造成事故后堆芯自然循环流量的显著降低,引起一回路系统和非能动余热排出系统中自然循环流量的大幅度振荡及周期性倒流。本文计算结果可为海上浮动堆非能动安全系统的设计提供参考。     

矩形通道内脉动层流流场特性理论研究

本文对流量脉动条件下矩形通道内的层流流场分布特性进行了理论研究。分析了脉动周期、脉动振幅和通道结构尺寸3个因素对流场分布的影响。分析结果表明,矩形通道内脉动速度分布取决于流场中各点稳定速度分量和往复速度分量的叠加,由于往复速度的存在,使得脉动速度的分布与稳定流动存在较大不同,并对近壁区的速度梯度产生了影响。     

低流速自然循环过冷沸腾汽泡脱离点实验研究

针对低流速环形通道中自然循环过冷沸腾汽泡脱离点特性进行了实验研究,运用Saha-Zuber模型、Bowring模型、Forster模型和Levy模型测算汽泡脱离点的位置,与实验值进行比较,发现由于流速较低,上述模型不适用于计算本实验条件下的汽泡脱离点。以Levy模型为基础,修正了浮力项的影响系数,修正后的模型与实验结果符合良好。     

基于AFSA-RF的两相流型图扩展技术

为预测高流速条件下的流型并建立流型图,提出一种基于人工鱼群算法(artificial fish swarm algorithm, AFSA)优化的随机森林(random forest, RF)的机器学习模型,基于最优、简化参数出发,进行流型的智能识别。该模型成功地应用于竖直下降两相流流型的识别,通过不同分类模型以及优化方法对实验数据进行计算,发现AFSA-RF模型的流型识别精度与稳定性高于未优化的RF模型以及其他主流优化方法,对高流速区域的流型的识别成功率达到了90.91%,进一步验证了该预测模型的有效性。依托建立的模型,对现有流型图的适应范围进行了扩展,获得了适用于高流速条件下的流型图。     

窄环隙内层流脉动流动特性分析

为分析脉动流动状态下的热工水力特性,通过建立数学模型,对窄环隙流道内的层流脉动流动特性进行分析。研究结果表明,脉动流对环隙内速度及相位差径向分布有较大影响。当脉动频率较小时,窄环隙内的速度径向分布与稳定流动相同,相位差在整个流道截面为恒定值;随着脉动频率增大,速度径向分布出现"环状效应",相位差沿径向呈现近似抛物线型分布;且脉动频率及流动尺寸越大、或流体粘性越小,脉动对速度及相位差的径向分布影响越明显,而脉动振幅变化对速度及相位差的径向分布没有影响。     

摇摆运动下单相自然循环核热耦合特性研究

采用考虑6组缓发中子的点堆中子动力学模型,开发了核反馈模拟模块,并将之与摇摆条件下单相自然循环热工水力计算模型进行合并,基于Matlab软件编制了相应的计算程序,实现了摇摆条件下单相自然循环核热耦合的模拟计算。计算结果表明：摇摆条件下,与不考虑核反馈相比,考虑核反馈后核热耦合效应使系统流量降低,系统功率产生波动;系统功率的平均值随摇摆频率及振幅的增大而降低,而系统功率的振幅则随摇摆周期及振幅的增大而增大。核热耦合效应使燃料元件温度的波动振幅减小,起到了抑制燃料温度波动的作用。     

摇摆对自然循环核热耦合平均功率的影响

通过对摇摆条件下单相自然循环核热耦合的模拟计算,分析研究了摇摆条件下自然循环核热耦合系统平均功率的影响因素。分析结果表明：摇摆条件下,考虑核反馈后的系统平均功率与系统的平均质量流量、系统的平均传热系数成正比,与慢化剂与燃料的温度反馈系数比成反比。摇摆参数对系统平均功率的影响和慢化剂与燃料的温度反馈系数比有关。当系统平均传热系数的变化对反应性的影响起主导作用时,摇摆越剧烈,系统平均功率越大;当平均阻力系数的变化对反应性的影响起主导作用时,摇摆越剧烈,系统平均功率越小。     

摇摆条件下自然循环流动不稳定性非线性演化特性研究

针对摇摆运动下自然循环流动不稳定性的非线性演化特性进行了分析。应用非线性时间序列分析方法对不同流动状态的时间序列进行幅度谱分析、吸引子重构,并基于相空间重构理论,计算包括关联维数（CD）、Kolmogorov熵（K熵）和最大李雅普诺夫指数（MLE）在内的几何不变量的值,根据计算结果分析了摇摆运动下两相自然循环系统流动不稳定性的非线性演化特性。分析结果表明：随着无量纲功率的增大,系统几何不变量的值先增加后减小,系统由极限环运动经倍周期分岔发展成混沌振荡,最终回到稳定流动;系统非线性特征先增强后减弱,是由于热驱动力、流动阻力和摇摆引起的驱迫外力之间的相互反馈及耦合程度不同所致。     

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,加速使得靠近通道壁面附近流体速度变大,而靠近中心区域流体速度变小。此外湍流强度分量随流体加速而逐渐变小,随流体减速而逐渐增加。对于流向压力梯度驱动的周期性脉动流,横向脉动速度均方根分量u′滞后于流向脉动速度均方根分量v′,且二者都滞后于流速的变化;对于带定位格架的棒束通道,带有搅浑翼的定位格架强烈的交混作用极大地减小了流体加速度对棒束通道内速度分布和湍流强度带来的影响。实验结果有助于更加清晰地揭示脉动流在棒束通道中的作用机理。     

低压低流速条件下的过冷沸腾换热特性

为探究低压低流速条件下的过冷沸腾换热特性,开展本实验研究。通过分析实验中采集的热工参数和可视化图像,探究了沸腾滞后现象、沸腾失稳现象以及沸腾换热特性。实验发现沸腾起始点壁面过热度较高,而沸腾的发生大幅提高了换热系数,因此出现了显著的沸腾滞后现象。实验中较为光滑的加热面可达到较高的过热度,而低压下快速产生的气泡尺寸较大,在较低的热流密度下气液界面发生剧烈变化,使气泡破裂为多个小气泡并成为核化点。在过冷沸腾换热系数的预测中,Dittus-Boelter对流换热关系式不再适用,采用Hallman关系式和Gnielinski关系式计算对流换热系数,并引入壁面过热度对池式沸腾换热系数进行修正,可使过冷沸腾换热系数的预测精度大幅提高。