自然循环蒸汽发生器倒U型管内单相水流动及传热特性分析

本文以模拟压水反应堆一回路系统在自然循环条件下运行时的蒸汽发生器为对象,提出了分析蒸汽发生器并联倒U型管内单相水的流动及传热流特性的数学模型及相应的数值计算方法,计算结果表明,在一定的回路系统自然循环流动条件下,并联倒U型管内会同时发生正流和倒流。并发现,蒸汽发生器倒U型管内的倒流对一回路系统的自然循环流量有重要影响。     

自然循环蒸汽发生器倒U型管内倒流特性研究

以自然循环压水反应堆一回路系统的蒸汽发生器为对象,对蒸汽发生器并联倒U型管内单相水发生的倒流机理及其特性进行了分析,确定了倒流发生的条件和范围,以及发生倒流的倒U型管结构等.在此基础上,建立了分析自然循环系统蒸汽发生器倒U型管内单相水倒流的数学模型,并进行了计算,得出了蒸汽发生器倒U型管内正流和倒流流量、正流和倒流管分布等,并使用实验结果对计算结果进行了检验.研究结果表明,倒流对系统的自然循环能力有重要影响.     

并联直流蒸发管内两相流密度波不稳定性研究

首先用Khabenskii方法预测了并联蒸发管内的两相流动不稳定边界,发现当出口为过热蒸汽时Khabenskii方法预测值与实验值有较大偏差,最高达80%。然后采用RELAP5/MOD3.4程序模拟垂直并联蒸发管道的流动工况,得到的流量脉动特性与实验值能较好地吻合,同时其预报的两相流不稳定边界也与实验结果很好吻合,误差在25%以内.最后用RELAP5/MOD3.4程序分析了质量流速、入口阻力、出口阻力、入口过冷度、入口压力等因素对并联直流蒸发管内两相流动不稳定性的影响。     

高温氦气加热甲烷蒸汽重整制氢热力学分析

对高温氦气加热的甲烷蒸汽重整制氢过程进行了热力学分析。结果表明,在较高温度条件下压力对系统重整性能的影响很小。在重整压力大于1 MPa,水碳比大于2时,随着温度的升高,热效率先增加到最大值然后又缓慢下降;在温度800~1000℃范围内,随着水碳比的增加热效率先升高后下降。分析表明,利用高温气冷堆氮气供热的甲烷蒸汽重整制氢系统,选择较高的水碳比和重整温度有利于提高系统热效率和制氢性能。得到了匹配高温气冷堆供热系统且能使氢气产量和热效率的接近最大值的甲烷蒸汽重整反应优化操作参数范围.     

我国高温气冷堆技术及产业化发展

正一、前言1.高温气冷堆简介高温气冷堆属于热中子裂变反应堆,用氦气作冷却剂,石墨作慢化材料,采用包覆颗粒燃料以及全陶瓷的堆芯结构材料。模块式高温气冷堆安全性好、氦气堆芯出口温度高,是目前国际核能领域公认的新一代核能系统,在工艺供热、核能制氢、高效发电、空间电源甚至军用领域都有广泛的应用前景。高温气冷堆的高温特性和安全性能首先源于其独特的包覆颗粒燃料(图1)。目前压水堆使用的燃料由氧化铀陶瓷芯块和锆合金包壳组成,高温气冷     

高温气冷堆堆芯球床的流动与换热分析

球床式高温气冷堆的堆芯堆积有大量的燃料球,具有多孔介质特征。本文利用计算流体力学商用软件ANSYS Fluent及其多孔介质模型模拟了球床内的流动与换热现象。通过高温气冷堆满功率稳态运行及失冷不失压事故工况的模拟,分析了球床的流场和温度场,并与高温气冷堆的热工设计计算结果对比,说明了计算流体力学软件及其多孔介质模型对于球床式高温气冷堆热工水力分析的适用性,为后续使用计算流体力学软件开展高温气冷堆的堆芯旁流等复杂热工水力学现象的分析奠定基础。     

基于AMESim的液氮并联管道两相流不稳定性仿真研究

低温并联管道广泛存在于工业设备中,其两相流不稳定性对设备的运行性能和系统安全有重要影响。搭建专门的实验系统结构与参数改变比较困难,测量精度不高,试验耗费大,周期长。基于多学科仿真平台AMESim R13建立了两根并联受热管道系统的液氮汽液两相流动传热模型,对其管间脉动特性及两相流不稳定性影响因素进行仿真和分析。结果表明液氮并联受热管道管间脉动属于密度波脉动,两支管内的流量作完全的反向脉动;系统压力、质量流量、进口管阻增加,界限热负荷增大,对系统稳定性有利;研究结果为液氮并联管道管间脉动消除的工程措施提供了理论参考,为其两相流不稳定性定量研究提供了借鉴。     

我国高温气冷堆掠影

正1-2000年成功建成并运行的10兆瓦高温气冷堆外景。2-核心技术:高温堆球形燃料元件。3-心脏装备主氦风机研制成功。4-2016年3月主设备压力容器吊装。5-2017年12月压力容器扣盖。6-世界首座模块式高温气冷堆示范工程外景。7-商业规模的60万千瓦高温气冷堆核电机组。8-示范工程全景。     

气体横掠顺排管束流动特性实验研究

螺旋管式换热器换热系数高且结构紧凑，被用于高温气冷堆蒸汽发生器及中间换热器。这类换热器壳侧为有壁面包围的横掠管束流动，而壁面的存在会对横掠管束流动产生一定影响。本文中采用分裂式热膜测量了不同管距管径比(P/D)和不同雷诺数(Re)下横掠顺排管束流动管间和管后的速度分布。讨论了流动充分发展区域P/D、Re对管间和管后时均速度分布的影响。然后分析了P/D、Re对管间和管后雷诺正应力分布的影响。选取Re=35875的结果，从频谱角度分析了产生不同雷诺正应力分布的原因，并比较了P/D对管间速度频谱的影响。     

遗传算法在柱状高温气冷堆换料优化问题中的应用

堆芯换料方案的优化是一个典型的组合优化问题,其搜索空间异常庞大。传统的优化算法很难在如此巨大的搜索空间中寻找出全局最优解。遗传算法以其优良的自适应能力和优化能力,为组合优化问题提供了一个非常有效的解决途径。采用遗传算法对柱状高温气冷堆堆芯装料方案进行了优化,并编写了相应程序。为了提高堆物理的计算精度,堆芯临界计算采用26群输运计算。由于多群输运计算需要大量计算时间,为此对遗传算法进行了并行优化。为了验证遗传算法对柱状高温气冷堆换料的优化能力,构造了一个8组件的小型柱状高温气冷堆换料优化基准题。结果表明,遗传算法在柱状高温气冷堆换料优化问题中具有良好的优化能力和计算稳定性。     

基于VHTRC的棱柱式高温气冷堆核设计程序验证北大核心CSCD

高温气冷堆是国际公认的固有安全性高的反应堆堆型。针对高温气冷堆包覆颗粒燃料引入的燃料组件的双重非均匀性以及棱柱式堆芯布置的非均匀性和强空间耦合效应,提出基于蒙特卡罗均匀化-确定论输运方法的RMC-SaraGR程序系统作为棱柱式高温气冷堆的核设计程序。基于日本棱柱式高温气冷堆临界实验装置VHTRC基准题,针对此套核设计程序系统开展了均匀化模型研究和初步验证。研究结果表明,基于蒙特卡罗均匀化方法,采用全堆模型、合适的能群结构和分区方式产生组件群常数,并经过超级等效均匀化方法进行等效均匀化修正,可以保证堆芯多群均匀计算具有较高的计算精度。     

气冷快堆概述

正一、前言与工作原理气冷快堆,英文名称为Gas Cooled Fast Reactor,简称为GFR,是一种高温气体冷却快谱反应堆。顾名思义,气冷快堆采用气体作为堆芯冷却剂。由于气体工质密度一般相对较低,对中子的慢化能力较弱,在不显著添加其他慢化剂的情况下,中子能谱为快谱。气体工质的慢化能力一般也弱于金属冷却剂,因此气冷快堆的中子能量要高于金属快堆,也就是说气冷快堆的中子能谱更"硬"。     

邮票上的物理学史56——核能作为动力(续)

英国人偏爱石墨气冷反应堆.他们的第一座核电站卡德霍尔核电站便是石墨气冷堆,以金属天然铀为燃料,二氧化碳为冷却剂.后来做了改进,燃料改用二氧化铀,需将铀235的丰度提高到2%～3%,冷却剂的出口温度从400 ℃提高到650 ℃,热效率提高不少.英国自1965年起修建了14座这样的改进型气冷堆,总装机容量8×106kW.图22(英国1966年,英国技术)是Windscale的反应堆,邮票下方的文字是"Windscale先进的气冷堆";图23(英国1978年,能源),Oldbury核电站.最近又出现了高温气冷堆,采用陶瓷涂敷颗粒燃料,以He为冷却剂.冷却剂出口温度可达800 ℃,热效率达40%.我国在863计划中规定要建造一座热功率为1×104kW的研究型高温气冷堆.     

印刷电路板通道的高温传热和阻力特性研究

印刷电路板换热器是超高温气冷堆等高温能量利用与回收领域中极具潜力的备选强化传热技术之一,本文通过数值模拟方法对典型Z字形印刷电路板(PCHE)传热通道的传热和阻力特性开展了相关研究。计算结果表明:层流模型可以较好地获得Z字形PCHE通道的阻力和传热性能,Z字形PCHE通道的阻力系数大于半圆管直通道的阻力系数;当热侧和冷侧通道流体入口温度均不发生改变时,增加两侧流体的质量流量,通道内的阻力系数随之减小,传热效率也稍微减小;当两侧流量及冷侧入口温度均不发生改变时,提高热侧通道入口温度,通道内阻力系数成线性增大,传热效率也随之提高。     

自然循环蒸汽发生器倒U型管内流动不稳定性判别准则

针对自然循环蒸汽发生器倒U型管内流动不稳定的特点,利用无量纲分析方法建立管内流体控制方程.采用小扰动分析方法,得到倒U型管内流动不稳定的判别准则.通过对某型蒸汽发生器进行计算分析,获得判别准则随流体进口温度和弯管半径变化规律.计算结果表明:随着流体进口温度的升高,特征雷诺数增加,但是不同流体进口温度条件下特征雷诺数随弯管半径的变化规律不同.相对于流体进口温度,弯管半径对特征雷诺数的影响较小.所得结论为蒸汽发生器倒U型管内倒流管空间分布及倒流流量计算提供理论依据.     

并联管两相流不稳定性的研究

在高压汽水回路上对垂直并联管中汽液两相流不稳定性进行了试验研究．确定了压力、质量流速、入口过冷度、热负荷及热负荷不对称分布、进口及出口节流、可压缩容积等对不稳定性的影响．得出了压力降型和密度波型不稳定性的界限，给出了并联管中计算不稳定性起始条件的无因次方程，为大型直流锅炉和蒸汽发生器的设计提供依据．     

邮票上的物理学史“非汉字符号”——核能作为动力(续)

英国人偏爱石墨气冷反应堆 .他们的第一座核电站卡德霍尔核电站便是石墨气冷堆 ,以金属天然铀为燃料 ,二氧化碳为冷却剂 .后来做了改进 ,燃料改用二氧化铀 ,需将铀 2 3 5的丰度提高到 2 %～ 3 % ,冷却剂的出口温度从 40 0℃提高到 65 0℃ ,热效率提高不少 .英国自 1 965年起修建了 1 4座这样的改进型气冷堆 ,总装机容量 8× 1 0 6 ｋＷ .图 2 2 (英国 1 966年 ,英国技术 )是Ｗｉｎｄｓｃａｌｅ的反应堆 ,邮票下方的文字是“Ｗｉｎｄｓｃａｌｅ先进的气冷堆” ;图 2 3 (英国 1 978年 ,能源 ) ,Ｏｌｄｂｕｒｙ核电站 .最近又出现了高温气冷堆 …     

结构参数对D型集流管气冷器流量分配性能的影响

构建了采用D型集流管的微通道平行流气冷器模型,分析了结构参数对超临界CO_2在其内流量分配性能和压降的影响。涉及参数有扁管长度、宽度、微通道孔径以及与集流管的组合深度等。结果表明,在本文计算范围内,扁管微通道孔径、扁管与进出口集流管组合深度和集流管进口雷诺数对气冷器流量总分配不均匀度的影响较大,扁管长度和间距对其影响相对较小。对于本文研究的气冷器,建议微通道孔径不小于0.7mm,扁管与集流管组合深度应取T=0。     

高温堆球流模拟在堆物理中的应用

介绍了高温气冷球床反应堆物理计算中燃料元件流动特性模拟的方法,对10MW高温堆进行了计算,与未考虑堆芯中燃料曲线流动的简化计算结果进行了比较。     

基于复杂性测度的高温气冷堆模拟机运行模式识别及诊断研究

本文通过对高温气冷堆模拟机在运行过程中的12组状态参数进行分析,研究了反应堆在正常运行状态、 余热排出系统空气侧温度上升和一回路突然泄漏三种条件下系统的复杂度和稳健性等指标的变化. 研究表明,在条件发生改变时,高温气冷堆模拟机系统的复杂度有非常明显的变化,且不同条件下, 对于系统复杂性影响显著的参数也不相同.此外,反应堆模拟机中各系统间耦合计算与相互反馈机理的作用, 在系统的稳健度上也有很明显的体现.这些成果表明,复杂性分析方法在系统状态监测和 危机预警领域可以发挥重要的作用.