用无网格粒子法直接模拟多相多组分界面流

模拟了以下两个多相多组分含复杂界面变形的流动:在脉冲加速下的液滴破裂和突然减压下的闪蒸射流。采用了移动粒子半隐式法(MPS)直接数值模拟方法。MPS法是一种适用于不可压缩流体流动计算的无网格粒子法。结果表明液滴破裂的临界Weber数等于13,该值与Pilch和Erdman的实验值相吻合。对于闪蒸射流,射流由于表面闪蒸被剥离为锥状,且射流长度随着压力衰减比的增加而减少。这些特征与实验观察是一致的。这两种模拟的结果表明了MPS法在处理复杂界面流动计算中的优势以及其鲁棒性。这些结果对反应堆事故分析有意义。     

漂移模型参数对两相流分析的影响

分析了５ＭＷ核供热堆热工水力学模拟实验回路ＨＲＴＬ－５中的两相流及两相流稳定性特性。指出在采用带有质量，蒸汽质量，能量及动量守恒方程的一维两相流漂移模型分析时，空泡份额分布参数Ｃｏ及漂移速度Ｖｖｊ的选择对系统稳态及动态分析结果都会产生很大的影响。其中Ｃｏ对稳态流量的计算结果影响不大，通常可以忽略。在Ｖｖｊ为０．０～０．６ｍ／ｓ的范围内，Ｖｖｊ对稳态流量的计算结果有６％的影响，但对加热段出口空泡份额的影响却有５３％。均匀流模型（Ｃｏ＝０．０，Ｖｖｊ＝０．０）与漂移流模型（Ｃｏ＝１．１，Ｖｖｊ＝０．４８）对两相流稳定边界的预测相差１５％。本研究选用Ｃｏ＝１．１，Ｖｖｊ＝０．４８。漂移模型对系统稳态及动态的分析结果都与实验值相吻合。     

核供热堆不凝结气体排放特性实验研究

为研究核供热堆上空腔不凝结气体（氮气）的排放特性,在５ＭＷ核供热堆热工水力学实验回路上进行了实验研究,实验模拟了核供热堆排放工况的主要参数,着重研究了在排放过程中氮气排放份额变化特性和氮气排放份额对排放背压的影响,排放前实验系统压力运行在１．５ＭＰａ,初始氮气分压为０．３４ＭＰａ。采用静态校验法获得单位时间的平均氮气排放份额。实验结果表明：由于排放过程中闪蒸现象的发生使得氮气的排放特性变化复杂,氮气排放份额在整个排放过程出现双峰,排放阻力对氮气排放特性有较大的影响。     

低欠热水通过渐扩喷嘴的泄放研究

旨在通过实验确定５ＭＷ核供热堆注硼系统所用渐扩喷管的水力特性。研究了在压力为０．７～１．５ＭＰａ的范围内，欠热度约为２０℃的水通过喉部直径为２～８ｍｍ、扩张角为６０°～１２０°的渐扩喷嘴的流动情况，结果表明：在一定条件下可在这种扩张角的渐扩喷嘴中形成临界流动现象。当出现临界流动时，通过渐扩喷嘴的临界流量大于孔板临界流量公式的计算值；当在喷嘴中没有形成临界流动时，通过这种渐扩喷嘴的流量可用孔板流量公式计算；流体通过扩张角为９０°的大扩张角渐扩喷嘴时的流动损失小于通过孔板时的损失；随扩张角的增大，相同条件下通过喷嘴的流量减小。     

Experimental Analysis on Non-thermoequilibrium in a Natural Circulation System

给出自然循环系统中欠热沸腾及闪蒸的分析及实验研究结果。实验在５ＭＷ核供热堆的模拟实验回路上完成。分析采用了四方程一维两相流漂移模型。用Ｃｌａｕｓｉｕｓ－Ｃｌａｐｅｙｒｏｎ方程计算上升段中汽泡闪蒸起始点。进口欠热度及系统压力作为变化参数。为了便于比较，也给出了仅采用饱和沸腾模型的结果。研究表明欠热沸腾及空泡的闪蒸对空泡分布及系统循环流量有很大影响，且系统压力越低，欠热沸腾及闪蒸的影响越大，在很宽的进口欠热度条件下加热段中只发生欠热沸腾。计算结果与实验值吻合得很好。此研究结果对于丰富和发展两相流理论，对自然循环两相流系统，特别是对以自然循环方式运行的低温核供热反应堆有重大意义。     

Experimental Simulation on Transit Process of the 5MW Nuclear Heating Reactor

实验在５ＭＷ核供热堆全尺寸，全参数模拟回路ＨＲＴＬ－５上进行，指出供热堆从常温，常压条件向沸水运行工况的过渡要经过三个步骤：１）通过加不凝气体Ｎ２来增加初始压力，这一措施能有效地消除低压下的ｇｅｙｓｅｒｉｎｇ和闪蒸不稳定；２）在此压力下用小于极限功率密度的功率密度值０．１５ＭＷｍ－２加热反应堆至单相压水运行工况１．５ＭＰａ，此举可控制加热段出口温度低于产生汽泡的起始温度，进而避免了低干度密度波的发生；３）从压水向沸水工况的过渡。研究了三种从压水向沸水过渡方法，在此基础上提出用小功率，低欠热度向沸水过渡的方案，此方案可保证过渡过程中的流动稳定性。通过仔细地选择热工参数，可以得到５ＭＷ供热堆从冷态到沸水工况的稳定启动过程。此结果对研究两相流稳定性，对供热堆的设计和安全有重大意义。     

双区球床堆芯球流运动二维比例模型唯象实验

为研究燃料元件和慢化球呈双区分布的球床高温气冷堆球流运动规律,建立了实际堆芯的二维比例实验模型。从唯象角度实验研究了双区分布形成过程、中心区/模糊区大小与形状、滞留区等与堆芯物理和结构设计相关问题。结果表明:球流运动具有随机特性,但宏观上具有确定性,本实验条件下可以形成稳定的双区分布;加装导向挡板对双区的形成及其形状、大小没有影响,但对双区交界处的交混有改善作用;本实验条件下存在滞留区,可通过改变本体底部设计加以消除。     

自然循环两相流气空间对稳定性影响的机理

气空间在核反应堆及各类热能动力装置是不可避免的,为解决其对系统流动稳定性的影响,在清华大学核能技术设计院的热工水力模拟实验系统上做了实验。结果表明,气空间容积较小时流动稳定性强。通过分析参量之间的关系式,提出气空间容积对系统中重要参数之间反馈关系的影响机理： 气空间容积小,则其压力对系统扰动较为敏感。压力的改变通过对入口欠热度和空泡份额的影响抑制了流量的波动。     

自然循环静态流量漂移诱发动态流量振荡研究

为探讨两相流及流动稳定性理论及工程问题,通过实验研究描述了自然循环静态流量漂移及静态流量漂移过程中出现的动态流量振荡现象;研究了在自然循环系统中流量发生漂移时系统循环流量,加热段进出口温度的变化规律。结果表明欠热沸腾所引起的流动阻力变化是导致静态流量漂移的主要原因;在发生静态流量漂移时系统循环流量下降,进口温度下降及出口温度上升;随着静态流量漂移的发展,欠热沸腾逐渐强烈,伴随着静态流量漂移系统内同时发生具有密度波及喷泉不稳定特点的动态流量振荡。在对现象描述的基础上,阐述了静态及动态流量不稳定发生的机理。研究结果证明在自然循环中静态流量漂移将会诱发动态流量振荡。     

非能动安全壳外部冷却相似模拟

为了应对具有被动安全特征之先进反应堆设计中模拟验证需要,针对具有双层壳体和非能动冷却特性的安全壳结构中两壳体之间冷却流道的传热特性模拟问题,该文采用不同于常见局部现象模拟中归纳式模拟逻辑或者系统模拟中演绎式模拟逻辑的双层次构架式体系建立了模拟模型,分别在系统及局部传热传质过程的不同分析层次建立了守恒方程组。通过推导得到的表征流场状态之特征参数群,确定了流道冷却模拟的关键影响参数为功率体积比以及流体的Stanton数,并给出了相应结构参数的相似比例关系。本方法为模拟流道设计提供了理论依据和基本比例化设计参数。