针对IVR-ERVC策略的朝下曲面化学水沸腾CHF特性试验

发布时间：2019-10-08 14:07

【摘要】：基于大型临界热流密度(CHF)试验台架,以压力容器用SA508III钢作为加热表面材料,以添加有硼酸(H3BO5)与磷酸三钠(Na3PO4)的化学水溶液为冷却介质,试验研究真实压力容器表面材料朝下曲面化学水沸腾的CHF特性。试验结果表明:对于SA508III钢材料压力容器,在不同属性的化学水环境中CHF呈现不同变化规律。硼酸溶液CHF值较去离子水低,且随浓度(1000~3000 mg/L)增加而降低;低浓度(500、1000 mg/L)磷酸三钠溶液CHF值获得强化,而高浓度下(3500 mg/L)CHF弱化;硼酸与磷酸三钠混合溶液的CHF随磷酸三钠浓度增加先增大后减小。
【图文】：

加热块,温度变化

杨胜等：针对IVR-ERVC策略的朝下曲面化学水沸腾CHF特性试验25汽泡产生，形成较小范围的液体沸腾区域；随着加热功率的增大，沸腾区域逐渐扩大；热流密度图1加热块近壁面12mm处温度变化Fig.1TemperatureHistoryofaThermalCouple12mmawayfromHeatedSurface接近CHF值时，沸腾更加剧烈，加热壁面接连产生连续的大汽泡；进一步提升功率，产生的大汽泡将会连接形成一层气膜，阻碍冷却介质对加热壁面的润湿与冷却，发生传热恶化，热流密度达到CHF。2.2去离子水CHF值为便于对比，并初步探寻下封头外表面CHF变化规律，以去离子水为工质开展试验，获得了下封头不同位置的CHF值，并与其他试验结果进行了对比（图2）。CHF值随角度增加而增大，这与其他试验所呈现趋势是一致的。高角度位置，局部加热面倾角大，沸腾过程产生的汽泡容易脱离逃逸，液相更容易进入两相边界层并润湿热壁，所以高角度位置CHF值较大。此外，本试验获得的CHF值，高于其他试验相同角度位置的CHF值。这一差别一方面与不同加热表面材料（碳钢、铜、不锈钢）在去离子水中的氧化行为有关[6]，图2去离子水CHF结果及与其他试验比较Fig.2CHFValueofDIWaterandComparisonwithOtherTests后文将详述；另一方面也与试验段结构参数的差异有关。2.3硼酸对CHF的影响据已有研究结果，下封头高角度区域是IVR措施热工裕量相对较低的位置，该区域的CHF更值得关注。因此，选取高角度的81°位置进行化学水CHF变化规律分析。为便于对比，所有试验工况冷却介质入口过冷度均取15℃，流速为500kg/(m2·s)。图3为不同浓度硼酸溶液的CHF结果。可见，随着硼酸浓度增加，CHF值降低，浓度为3000mg/L的硼酸溶液，其CHF值比去离子水低约7%。这种变化趋势与Lee[8]等的结论是?

试验比较,去离子水

禾宸刑谇鈌颍凰孀?加热功率的增大，沸腾区域逐渐扩大；热流密度图1加热块近壁面12mm处温度变化Fig.1TemperatureHistoryofaThermalCouple12mmawayfromHeatedSurface接近CHF值时，沸腾更加剧烈，加热壁面接连产生连续的大汽泡；进一步提升功率，产生的大汽泡将会连接形成一层气膜，阻碍冷却介质对加热壁面的润湿与冷却，发生传热恶化，热流密度达到CHF。2.2去离子水CHF值为便于对比，并初步探寻下封头外表面CHF变化规律，以去离子水为工质开展试验，获得了下封头不同位置的CHF值，并与其他试验结果进行了对比（图2）。CHF值随角度增加而增大，这与其他试验所呈现趋势是一致的。高角度位置，局部加热面倾角大，沸腾过程产生的汽泡容易脱离逃逸，液相更容易进入两相边界层并润湿热壁，所以高角度位置CHF值较大。此外，本试验获得的CHF值，高于其他试验相同角度位置的CHF值。这一差别一方面与不同加热表面材料（碳钢、铜、不锈钢）在去离子水中的氧化行为有关[6]，图2去离子水CHF结果及与其他试验比较Fig.2CHFValueofDIWaterandComparisonwithOtherTests后文将详述；另一方面也与试验段结构参数的差异有关。2.3硼酸对CHF的影响据已有研究结果，下封头高角度区域是IVR措施热工裕量相对较低的位置，该区域的CHF更值得关注。因此，选取高角度的81°位置进行化学水CHF变化规律分析。为便于对比，所有试验工况冷却介质入口过冷度均取15℃，，流速为500kg/(m2·s)。图3为不同浓度硼酸溶液的CHF结果。可见，随着硼酸浓度增加，CHF值降低，浓度为3000mg/L的硼酸溶液，其CHF值比去离子水低约7%。这种变化趋势与Lee[8]等的结论是相同的，表明硼酸的加入对CHF具有一定的抑制作用，且这种抑制在高浓度下更为明显。图
【作者单位】：国核华清(北京)核电技术研发中心有限公司;清华大学核能与新能源技术研究院;
【基金】：国家科技重大专项(No.2015ZX06002007)
【分类号】：TL364.4

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