表面特性对下朝向壁面CHF影响实验研究

发布时间：2020-06-01 12:07

【摘要】：堆芯熔融物堆内滞留(IVR)策略是一种重要的严重事故缓解措施,目前已经应用于AP600、AP1000等堆型。IVR策略的有效性关键在于保证反应堆压力容器(RPV)外壁面的热流密度低于对应位置处的临界热流密度(CHF)值。随着新建反应堆堆功率的提升,堆芯熔化后RPV外壁面热流密度增大,IVR的热裕量可能会有所降低。因此,有必要研究RPV外壁面的CHF特征,设法提高RPV外壁面的CHF值。本文采用316不锈钢材质的平板作为加热器,分别在常压下进行下朝向壁面的池沸腾实验研究和流动沸腾实验研究,以模拟核电厂严重事故下IVR策略,并对提高下朝向壁面CHF值的方法进行实验研究。池沸腾实验中,主要研究了表面粗糙度、表面加工工艺、氧化铝纳米涂层对临界热流密度的影响,并对提高CHF的机理进行了讨论;流动沸腾实验中,主要研究了下朝向壁面处于不同倾斜角状况下表面粗糙度对临界热流密度的影响,并分析了主回路流量和实验段入口含气率对下朝向壁面CHF的影响。实验结果表明:本实验能够较好地模拟下朝向壁面的CHF。池沸腾实验中,经过喷砂工艺处理后,实验板表面粗糙度得到了提高,CHF值也得到了提升,不同粗糙度的实验板CHF提升效果不一样,提升幅度为13%~21%,其中粗糙度(Ra)为2.4um的实验薄板CHF值最高,达到了750kW/m2;对于同一表面粗糙度(Ra),采用喷砂工艺所形成的表面的CHF值比采用拉丝工艺所形成的表面的CHF值大;氧化铝纳米颗粒涂层表面的CHF增强了将近30%,经分析得出纳米涂层导致表面润湿性得到了显著增强,进而导致CHF增加。流动沸腾试验中,表面粗糙化处理后的加热板在各倾斜角度实验中CHF值均有所提高,并且提升幅度随着粗糙度的增加而增加,但是最大提升幅度仅为8.4%。此外,实验还发现,CHF值随着主回路流量增大而增大,随着实验段入口含气率减小而增大。
【图文】：

示意图,示意图,封头,堆芯

图 1-1 IVR 示意图前提条件是一回路成功卸压，在一回路成功卸压足以下三条准则：物掉落至下封头前，注水至需求标高。堆压力容器下封头内的堆芯熔融物传导到反应堆压密度始终小于当地的临界热流密度。容器下封头壁面被堆芯熔融物熔化一部分后，其壁机械强度，以维持反应堆压力容器的完整性。要在堆芯出口温度达到 650℃时对一回路充分泄压融物掉落至下封头前，注水水位是能够达到需求的。所以 IVR 的成功与否就在于能否通过沸腾过当地实际热流密度小于对应位置处的临界热流密流密度可以应用严重事故分析程序计算得出，而对

流程图,实验系统,流程图,实验段

沸腾实验系统腾实验系统流程如图 2-1 所示。整个实验装置主要由预热段、实验段、门以及连接管道、测量系统等部分组成。本实验所用冷却剂为去离子离子水机（华南高科）制备，可储存在去离子水箱内。去离子水箱内泵的驱动下到达位于实验台架三层平台的上水箱，进入实验主回路。水在循环主泵的驱动下流经预热器，在预热器中被加热到指定状态后汽水混合，均匀混合后的汽水混合物进入本实验的实验段，实验段中由直流电源提供功率加热，，进行 CHF 实验研究，去离子水在实验段内上水箱。上水箱顶部有蒸汽排管直接与大气联通，汽水混合物在上水蒸汽将直接排入大气，分离后的水继续在主回路内进行循环。实验装旁通流量通过调节电动阀门 V-6 的开度来控制。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TL364.4

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