反应堆内置式控制棒水压驱动回路技术研究

根据内置式控制棒水压驱动技术的特点,提出离心泵连续运行和隔膜泵间歇运行2种驱动回路设计方案,并从振动噪声和耗功的角度对2种方案进行计算、分析和比较。针对隔膜泵间歇运行方案,以某反应堆冷态调试工况为例,计算分析驱动机构水压缸泄漏流量和控制棒动作间隔时间对充水间隔时间和泵运行时间的影响。结果表明,离心泵连续运行方案适用于控制棒数目较多、泄漏流量较大的工况;当泄漏流量较小时,采用隔膜泵间歇运行方案,通过选择合适的隔膜泵流量和储水箱气水比,可减少泵运行时间、增加储水箱充水间隔时间,并减小振动、噪声以及降低功耗。     

流动沸腾汽泡脱离频率预测模型分析

汽泡脱离频率从时间上反映汽泡的循环周期,该值直接影响汽泡蒸发带走的热量。为提高流动沸腾下换热计算的准确度,本文利用13组流动沸腾独立实验对脱离频率的影响因素进行了分析,并对5个现有预测模型的准确度进行了对比评价。研究发现,脱离频率与管道尺寸呈正相关,而大多数预测模型因忽略这一因素的影响准确度较低,基于此,本文通过无量纲分析得到一套新预测模型,为将来在更大管道尺寸范围内进行流动沸腾换热计算奠定了基础。     

气泡曳力系数模型分区研究

由曳力系数表征的曳力模型作为重要的相间力模型之一，被广泛应用于Euler-Euler方法和Euler-Lagrange方法下的连续相和离散相动量方程中。由于现有气泡曳力系数模型形式各异且适用范围有限，因此需要对已有模型进行充分地评价。考虑到已有曳力系数模型的适用范围和气泡变形的影响，参考各曳力系数模型采用的相关参数，建议基于Reynolds数Re和Weber数We分区选择最佳模型。将分区曳力系数模型、已有曳力模型与实验数据对比，发现分区曳力系数模型总体预测结果更符合实验测量值。将分区曳力系数模型应用至数值模拟中，可以更精确地追踪不同尺寸气泡的位置，使数值模拟结果更接近真实的物理情况。     

基于气泡动力学的过冷流动沸腾边界层模型研究

过冷流动沸腾中的流动和传热特性对反应堆的安全运行和经济性都具有重要意义。过冷流动沸腾起始于ONB点,结束于Tsat点,中间被OSV点划分为高过冷流动沸腾段和低过冷流动沸腾段,不同阶段流场情况以及气泡行为存在较大区别。目前关于过冷流动沸腾过程的研究主要基于宏观实验、理论研究和数值模拟,随着气泡动力学的发展,从微观层面揭示沸腾机理变得可行。本文基于气泡动力学和气泡边界层模型,提出了一套预测过冷流动沸腾的理论模型,采用分相模型,将流场在径向上划分为多个区域,通过1组准二维控制方程,将各区域内的气泡行为,区域间的质量、动量和能量交换以及两相参数沿轴向的变化情况考虑在内,利用获得的边界层流场信息,可确定ONB点和OSV点。模型与空泡份额和流体温度的实验结果符合良好,并成功应用于核反应堆燃料元件通道的过冷流动沸腾计算。     

反应堆内置式控制棒水压驱动回路技术研究

根据内置式控制棒水压驱动技术的特点,提出离心泵连续运行和隔膜泵间歇运行2种驱动回路设计方案,并从振动噪声和耗功的角度对2种方案进行计算、分析和比较。针对隔膜泵间歇运行方案,以某反应堆冷态调试工况为例,计算分析驱动机构水压缸泄漏流量和控制棒动作间隔时间对充水间隔时间和泵运行时间的影响。结果表明,离心泵连续运行方案适用于控制棒数目较多、泄漏流量较大的工况;当泄漏流量较小时,采用隔膜泵间歇运行方案,通过选择合适的隔膜泵流量和储水箱气水比,可减少泵运行时间、增加储水箱充水间隔时间,并减小振动、噪声以及降低功耗。     

水压缸密封性能实验研究

控制棒水压驱动技术是清华大学核能与新能源技术研究院拥有自主知识产权的一项新型发明专利技术。作为该系统的核心部件,水压缸密封特性会直接影响整套系统的运行性能。通过搭建密封测试实验装置,获得了常温下水压缸的启动压力和不同内外压差下的泄漏量等反映密封性能的数据。实验结果表明,采用3个密封环的水压缸的密封性能完全达到控制棒水压驱动技术的要求;水压缸的泄漏量在恒定的内外压差下总体保持稳定,并随水压缸的内外压差基本呈线性关系。实验结果为水压缸运动模型的建立提供了实验依据,为控制棒水压驱动技术的进一步设计和优化提供了基础。     

流动沸腾汽泡脱离直径尺寸分布研究

沸腾是一个复杂的换热过程，大量实验表明，不同核化点的脱离直径存在区别，即使在同一工况下，同一核化点产生的汽泡脱离直径也会大小不一，因此汽泡尺寸分布不可忽略。尽管目前已有较多用于汽泡平均尺寸的计算关系式，但对于尺寸分布的研究仍较少。因此，本文针对流动沸腾下汽泡脱离直径的尺寸分布进行研究，对比常用的伽马函数和正态分布函数描述这一分布时的准确度，确定概率函数后，再对概率密度函数中两个重要的参数均值和标准差进行分析，最后得到一套预测不同工况下汽泡尺寸分布的关系式，该关系式准确度较高，并考虑了壁面过热度、质量流速等因素的影响。     

水泵变频调节及旁路调节对系统流量的影响

在一体化小型动力堆中,采用1台离心式水泵同时向多个分系统提供流量和扬程使得反应堆系统简化,装置尺寸减小,结构更加紧凑。系统管路阻力特性随各分系统工况的调节发生变化,从而会对水泵的运行特性及各系统的流量分配产生重要影响。本文通过实例对分系统阻力特性变化对水泵变流量运行,以及各分系统流量的影响进行了计算和分析,并采用旁路阻力调节、水泵变频控制的方法调节水泵工作点,从而保证各分系统获得正常工作所必需的流量和扬程。计算和分析表明,相比于旁路阻力调节,通过水泵变频调速的方式对系统流量进行调节轴功率降低30%,且可靠性更高,更易操作,同时降低了系统的复杂性。     

基于气泡动力学的过冷流动沸腾边界层模型研究

过冷流动沸腾中的流动和传热特性对反应堆的安全运行和经济性都具有重要意义。过冷流动沸腾起始于ONB点,结束于Tsat点,中间被OSV点划分为高过冷流动沸腾段和低过冷流动沸腾段,不同阶段流场情况以及气泡行为存在较大区别。目前关于过冷流动沸腾过程的研究主要基于宏观实验、理论研究和数值模拟,随着气泡动力学的发展,从微观层面揭示沸腾机理变得可行。本文基于气泡动力学和气泡边界层模型,提出了一套预测过冷流动沸腾的理论模型,采用分相模型,将流场在径向上划分为多个区域,通过1组准二维控制方程,将各区域内的气泡行为,区域间的质量、动量和能量交换以及两相参数沿轴向的变化情况考虑在内,利用获得的边界层流场信息,可确定ONB点和OSV点。模型与空泡份额和流体温度的实验结果符合良好,并成功应用于核反应堆燃料元件通道的过冷流动沸腾计算。     

控制棒水压驱动系统水压缸降压过程理论分析

控制棒水压驱动技术是清华大学核能与新能源技术研究院具有自主知识产权的一项新型发明专利技术。水压缸属于该项技术的关键部件,而水压缸降压过程直接影响水压缸的复位,水压缸的性能直接影响控制棒水压驱动技术的运行性能。本文建立了水压缸降压理论模型,对该过程进行了分析;根据实验运行工况,计算得出了水压缸运行性能,并利用实验数据验证了计算结果。计算结果表明:在降压过程中,内套位移减小,速度逐步减小,直到停止运动;由于缸内压力减小,缸内和缸外的压差减小,密封环泄漏流速减小。缸内压力模型能提供所需的物理量,为水压缸和驱动机构运动机理分析提供了理论基础。