控制棒位置及局部温度扰动对熔盐堆有效倍增因数影响的研究

熔盐堆是第四代反应堆中唯一一种以液体为燃料的反应堆,因此对于熔盐堆反应性的研究不同于其他反应堆。基于蒙特卡洛方法,利用 Monte Carlo N-Particle(MCNP)软件模拟控制棒在堆芯径向不同位置及轴向不同插入深度对熔盐堆堆芯有效倍增因数的影响。随后将熔盐堆堆芯由上到下划分成八个区域,分别计算熔盐与石墨在八个不同区域发生多普勒效应以及发生膨胀效应对整个堆芯的有效倍增因数的影响。结果表明控制棒位于熔盐堆不同位置对反应堆有效倍增因数影响不同,沿径向21.21 cm处插入深度80 cm时控制棒有效利用价值最高。熔盐在不同区域发生多普勒效应时,顶部和底部对反应堆有效倍增因数影响相对较大。不同区域熔盐发生膨胀效应时,轴向中心处对有效倍增因数的影响相对较大。石墨发生局部温度扰动对有效倍增因数的影响较小。     

控制棒掉落时对熔盐堆的瞬态分析

新概念熔盐堆在固有安全性、经济性等方面具有其它反应堆无法比拟的优点。但是,熔盐堆的开发利用也面临不少问题。本文主要研究控制棒掉落瞬时,熔盐堆堆芯内温度、中子通量及缓发中子先驱核的分布情况,进而可以为熔盐堆的安全性分析提供一定程度的参考。本文采用Comsol Multiphysics来研究熔盐堆堆芯区域,通过求解偏微分方程组来获得所需物理量的分布,其中扩散方程中忽略了熔盐流动对中子通量分布的影响。可以得到结论为燃料盐的流动对中子通量的影响较小,但是对于缓发中子先驱核的影响较为显著。     

辐照环境下各向同性核石墨材料应力分析模型

核石墨可用作裂变核能反应堆如气冷堆和熔盐堆的慢化剂材料,还可用作为冷却剂和控制棒提供通道的结构部件.为了保证反应堆的寿期安全性,石墨堆芯不仅需要保持完整,还要避免过度变形,从而保证在工作状态和事故环境下堆芯冷却剂不会受阻,也不会妨碍控制棒的移动.因此,核石墨构件的结构完整性评估是反应堆设计的基本要素之一.在反应堆环境下石墨构件的应力分析,除了通常的弹性应变和热应变,由于中子辐照引起的额外应变也是考虑因素之一.因此,需要定义辐照环境下核石墨应力和应变相关的本构方程.本文介绍了一种用于辐照环境下核石墨材料应力分析的材料模型,并应用此模型对核石墨砖进行了应力分析,以期了解由辐照环境引起的应变对石墨砖应力的影响,相应的计算结果对堆芯核石墨砖的设计具有理论参考意义.     

基于MCNP的超临界水堆堆芯建模及中子通量计算

 超临界水堆是国际第Ⅳ代核能系统论坛推荐的6种第Ⅳ代核电反应堆堆型之一,与现有的轻水堆相比,具有热效率高、系统结构简单、造价低等优点。本文建立了MCNP程序下的超临界水堆堆芯物理计算模型,解决了燃料组件几何结构过于复杂精细难以建模的技术难题,考虑了堆芯轴向冷却剂密度的不均匀分布;以超临界水堆堆芯模型为基础,计算了堆芯径向中子通量密度分布,提出了展平堆芯功率分布的设计方案;计算了堆芯轴向中子通量密度分布,讨论了控制棒不同作用方式对轴向中子通量密度峰的偏移影响,确定了超临界水堆控制棒应采用由下向上插入的方式。研究结果为超临界水堆的设计制造、安全分析提供了重要参考依据,为超临界水堆未来的设计和发展奠定了基础。     

控制黑棒和灰棒对AP1000反应堆Keff值影响的M-C模拟

采用正在三门建造的AP1000核电厂堆芯参数,使用MCNP5程序建立AP1000堆芯数学模型。考虑了燃料棒、黑棒与灰棒7种不同排布方式,分3种情况通过调节黑棒和灰棒在堆芯中的深度来研究有效增值因数Keff值的变化情况。模拟结果表明:随着黑棒和灰棒在反应堆堆芯中的插入,Keff值在1.44—1.22之间变化。为了验证其合理性,并用1 000×10-6(ppm)的硼酸溶液进行了化学补偿模拟试验,计算得Keff值在1.17—1.07之间,基本能够满足降低过剩反应性的要求。     

径向滑动轴承表面缺陷对润滑状态影响的模拟研究

基于Reynolds方程对表面有缺陷的径向滑动轴承进行理论建模并开展数值模拟,获得表面有缺陷的轴承润滑过程中油膜厚度、压力分布。研究不同尺度和不同分布形式的缺陷对径向滑动轴承润滑状态的影响。结果表明,缺陷的周向位置对润滑状态的影响最大。缺陷位于滑油出口范围之前,轴承的承载力减小,摩擦因数增大;缺陷位于滑油出口之后,可形成附加楔形效应,使承载力增大,摩擦因数降低。缺陷宽度增加则会扩大以上因素的影响程度。缺陷的轴向位置对轴承润滑状态影响不大,但当缺陷在滑油出口之前且靠近轴承边缘时会明显降低承载力。     

基于两步小波变换的管道损伤识别

鉴于信号提取位置的不确定性,研究了信号提取位置对损伤识别的影响.对管道进行数值模拟,提取前两阶径向和切向位移模态.对轴向节点的径向位移模态进行小波变换,小波系数的模极大值反映了损伤的轴向位置;继续对环向节点的切向模态进行小波变换,通过模极大值来识别环向损伤位置;最后讨论了轴向损伤处节点径向位移的小波系数模极大值变化规律.结果表明:两步法可以有效识别损伤位置,轴向位置不含损伤时位移模态的小波系数能显示损伤的轴向位置但小波系数有所减少.     

太阳能热发电复合相变蓄热材料的实验研究

针对相变材料无机盐KNO3/NaNO3(摩尔比50/50)导热系数低,影响了蓄热系统充放热过程传热效率,制备了适用于太阳能热发电系统的无机盐/膨胀石墨复合相变材料,对复合相变材料的微观结构和热物性进行了分析,并搭建充放热测试平台对相变材料分别进行了热性能研究。结果表明:复合相变材料中的无机盐均匀分布在膨胀石墨中,其相变潜热与基于复合材料中无机盐质量分数的计算值相当,添加膨胀石墨后相变材料的导热系数得到了改善;在充热过程中纯无机盐的换热方式以自然对流为主,同一蓄热单元内沿轴向上下位置温差较大,不同蓄热单元内相同位置完成充热过程所需时间从上到下依次增加,而对于无机盐/膨胀石墨复合相变材料(质量比90/10)充热过程以导热为主;与纯无机盐不同,同一蓄热单元内沿轴向上下位置温度变化趋势基本一致,不同蓄热单元相同位置完成充热过程所需时间几乎没有差别。添加膨胀石墨后,相变材料的充热过程所需时间减少较小,而放热过程所需时间减少约45%,传热介质流量的变化对复合相变材料充/放热过程影响较小。     

静态破碎剂的轴向膨胀力学性能实验研究

针对静态破碎剂轴向膨胀力学行为进行了深入研究,提出了测量静态破碎剂膨胀压的轴向输出法,设计了测试系统及核心钢筒组件.分别采用轴向输出法和外管法对静态破碎剂膨胀压进行了测试.通过对比在不同孔径条件下两种方法测得的膨胀压,分析了孔径大小对静态破碎剂轴向膨胀压及其输出率的影响.结果表明:轴向输出法能够可靠准确测得静态破碎剂膨胀压;在固定的高径比条件下,静态破碎剂轴向膨胀压随孔径尺寸增大而增加;孔径小于50 mm时,自封孔效应导致静态破碎剂输出轴向膨胀压的能力减弱;孔径大于150 mm时,轴向膨胀压与径向膨胀压趋于一致,轴压输出率达100%.     

纤维复合材料修复缺陷管道的失效分析

为准确预测纤维复合材料修复缺陷管道的极限失效压力,基于管道钢材料、填充胶层和复合材料的极限失效状态,建立修复后缺陷管道的极限失效数值模型.以缺陷深度、轴向长度、环向长度以及修复层数来表征不同的修复工况,对不同的修复工况进行非线性数值分析.结果表明:对于未修复缺陷管道在单调递增内压力作用下,缺陷区域等效应力曲线可分为线弹性、塑性屈服和刚度退化三个阶段,且腐蚀程度对管道极限承压能力的影响极为显著;复合材料修复层在管道缺陷区域屈服后均能很好地抑制缺陷处的径向膨胀,起到加固修复作用,但对于同一缺陷工况,不同修复层数呈现出不同的失效模式,修复层数对复合材料修复性能具有显著影响;在相同修复层数下,修复后缺陷管道的极限承压能力随缺陷深度的增大呈较大的下降趋势,缺陷轴向长度和环向长度对复合材料修复性能的影响极为有限,但轴向和环向长度较大的缺陷管道其修复后的极限承压能力增量较大.     

喷嘴周向位置和旋流腔拔模斜度对旋流冷却的影响

为了研究喷嘴周向位置及旋流腔拔模斜度对旋流冷却流动和传热特性的影响,探究综合性能更为优良的冷却结构,建立了适用于叶片前缘的旋流冷却模型。在验证了湍流模型的前提下,采用CFD方法对不同模型的流动换热特性进行了对比分析。结果表明:冷气从进口射入旋流腔,形成高速旋转运动;冷气的三维流线沿轴向先径向收缩后径向扩张。喷嘴周向位置改变时,高速旋流区和低速旋流区的相对位置改变,并且高Nu区域的周向位置改变。对于叶根进气的情况,拔模斜度增大时,高速旋流区面积增加,低速旋流区面积减小,并且压力系数减小;当拔模斜度为正值时,压力系数沿轴向降低;拔模斜度为负值时,压力系数沿轴向升高,高Nu区域面积随着拔模斜度的增加而增加。叶根进气时,以拔模斜度为-1°时为参考值,拔模斜度增大至1°时,换热强度提高了9.1%,靶面传热量增加了8.4%,摩擦因数减小了4.1%,综合换热因数提升了8.8%。本文研究分析了不同几何参数下的旋流冷却流动和换热特性,以期为实际叶片前缘冷却结构的设计提供一定的理论参考。     

鼓泡床反应器中气泡尺寸和速率分布的实验研究

在内径为0.1 m、高度为1.5 m的鼓泡床反应器中,当表观气速(ug)为0.53~7.46 cm/s时,利用双头电导探针测定了上升和下降气泡的尺寸和速率。实验结果表明:在所测试的表观气速范围内,存在3个流型区域,即安静鼓泡区、过渡区和湍流鼓泡区,3区域间转变的ug分别为2.13 cm/s和4.26 cm/s。考察了不同流型区内上升和下降气泡的尺寸和速率的轴向和径向分布:在安静鼓泡区,气泡的尺寸和速率分布均匀;而在过渡区和湍流鼓泡区,气泡的尺寸和速率随反应器轴向和径向位置的改变而发生明显的变化。相同ug下,在反应器中心,下降气泡比上升气泡尺寸小30%~40%;当ug一定,轴向高度为0.6 m(h/D=6)时,反应器中心的下降气泡比上升气泡速率小55%左右;而在无因次径向位置r/R=0.8处,下降气泡比上升气泡速率小40%左右。     

内撑式基坑开挖的浅谈

本文对基坑开挖时产生最大内力和最大位移位置处探讨分析支撑的布置位置;型钢插入比对内力值的影响;以及不同直径的型钢水泥土搅拌墙在不同开挖深度下使用的优缺点,进行的浅显的分析。     

射流管插入深度对螺旋通道传热性能的影响

为了揭示射流管插入深度对螺旋通道传热性能的影响规律,采用数值模拟方法对不同相对插入深度(δ=0～0.625)下通道内流场特性和强化换热特性进行了分析。结果表明：随着δ的增大,射流核心区到达外壁面的距离变短,在射流入射位置处射流管两侧的二次涡范围扩大,流体对上下壁面的冲击作用增强;上、下传热壁面的局部努赛尔数Nu_c随着δ的变化规律基本相同,最佳传热位置(Nu_c最大的位置)随着δ的增大向外壁面靠拢;内壁面的Nu_c在射流管壁内侧范围随着δ的增大而减小,在外侧范围随着δ的增大而增大;射流管插入深度增加对螺旋通道外壁面传热性能提高的效果最为明显;截面努赛尔数Nu_θ随着螺旋角度γ的增大呈现3个变化区域,即入口区域、射流影响区域和出口区域,其中入口区域和出口区域的Nu_θ随着γ的变化保持稳定,但出口区域的Nu_θ比入口区域高19%左右,Nu_θ最大值位于射流入射点下游5°左右的位置;在螺旋角度γ=-15°～45°的范围内射流对传热的影响最大,传热的影响范...     

干井炉的轴向温度分布对现场温度校准影响的实验研究

针对干井炉易受被校温度探头长度尺寸的影响,无法满足其始终在井底部被测量的条件问题,实验选用FLUKE干井炉,在不同校准温度下,改变标准铂电阻插入干井炉的深度。研究发现,在同一校准温度下,轴向由井底到井口方向的温度梯度值会不断增加,靠近井口处的温度准确性差,尽量避免在该位置校准温度探头。此外,随着校准温度的升高,校准温度与环境差别增大,干井炉温度偏差通常会增加,其轴向最大温差也会升高。当校准温度比较高时,轴向温度的不均匀性对其测温准确性的影响比较大,不可忽略。     

场地液化条件下埋地弯管道力学反应的数值模拟

基于ADINA有限元分析软件,建立了场地液化条件下埋地弯管的管土接触的土弹簧分析模型.在液化区设置过渡区,考虑非液化区的管土接触作用及液化区土对管道的约束作用,对管道的有效应力及轴向应力进行了分析.结果表明:当液化场地区域存在弯曲管道部分时,弯头处有效应力很大,使其成为整个管网系统中最薄弱的环节之一;弯头壁厚和曲率半径越大,弯管道有效应力越小,说明弯管越不容易发生破坏,有利于抗震;弯头所处液化区的位置距离液化区和非液化区交界处越远,弯管道所受的轴向应力越大,且存在一个最佳位置使得弯头有效应力最小.     

风力机错列布置尾流效应

为在有限土地资源内提高风电场发电效率,减少上风机对下风机尾流效应影响,通过利用Windcube V2多普勒测风仪方法研究了两台风机错列布置状态下风机尾流场变化,比较无尾流状态和有尾流状态下风机的速度场和分析风机之间的尾流影响。结果表明：上风机尾流效应对下风机第二象限区影响最大,轴向速度出现先减小后增加在减小在增加过程;第一象限区出现先减小后增加过程。径向和切向速度幅值和频率出现先增加后减小,径向速度幅值和频率5D截面处最大,3D最小,切向速度幅值和频率5D截面处最大,8D最小。可见上风机对下风机尾流叠加形成复杂的湍流现象,湍流强度促使尾流内外流场融合,从而造成不同速度值的之间的差异。     

幂律流体旋流射流的喷雾特性实验

采用高速摄影技术和三维相位多普勒分析技术,测量了幂律流体旋流射流的破碎形貌、液滴速度和粒径分布,获得了其破碎特征及规律.结果表明,幂律流体旋流射流随喷射压力增加可以划分为3种射流模式,即带旋转的圆柱射流模式、液线液滴共存模式和充分发展模式.黏性越大的流体,要达到同样的射流模式所需要的喷射压力也越大.液滴的轴向速度w、径向速度u和索特平均直径(SMD)在径向各位置呈中心小两侧大的分布规律,切向速度v接近于零.三维速度在轴向各位置随z的增加均有不同程度的减小,SMD也有减小的趋势.不同压力对轴向速度w的影响更为明显,且更多地影响了液滴的二次破碎.     

风力机错列布置的尾流效应

为在有限土地资源内提高风电场发电效率,减少上风机对下风机尾流效应影响,通过利用Windcube V2多普勒测风仪方法研究了两台风机错列布置状态下风机尾流场变化,比较无尾流状态和有尾流状态下风机的速度场和分析风机之间的尾流影响。结果表明:上风机尾流效应对下风机第二象限区影响最大,轴向速度出现先减小后增加再减小再增加过程;第一象限区出现先减小后增加过程。径向和切向速度幅值和频率出现先增加后减小,径向速度幅值和频率5倍风轮直径截面处最大,3倍风轮直径最小,切向速度幅值和频率5倍风轮直径截面处最大,8倍风轮直径最小。上风机对下风机尾流叠加形成复杂的湍流并促使尾流内外流场融合,造成不同的轴向速度值。因此,在实际工作中,应在了解当地的风场特征的基础上,充分考虑风机的排列阵式。     

受载复合材料角片弯角区域应力分布特征分析

为了分析受载复合材料角片在弯角区域的应力分布特征,建立了受载复合材料弯角的有限元模型.通过对一组复合材料弯角结构进行准静态拉伸试验,并通过对比载荷-位移曲线、载荷-应变曲线、失效模式和失效位置等力学响应,验证了有限元模型的正确性.应用所建模型,分析了复合材料角片弯角区域沿轴向、径向和宽度方向的应力分布特征,以及角片厚度对弯角区域应力分布特征的影响.结果发现:受载复合材料角片的主要失效模式是弯角区域分层,受载时材料内部面外剪应力相对较低,分层主要受面外正应力影响;对于所分析的14层复合材料角片,分层起始位置沿径向比较靠近内部圆角处、沿周向位于29°处、沿宽度方向位于中面处;随角片厚度的增加,其承载能力提高;角片越厚,在厚度方向上分层起始位置从绝对距离上说越远离内角,但是此分层起始位置至内角的距离与板厚的比值越小;角片越厚,其分层起始位置越靠近加载端.