PRACS涡流二极管设计研究

发布时间：2020-07-22 00:38

【摘要】：涡流二极管由于其无传动部件、无泄漏及免维修的内在属性，在流体控制领域发展成为一个重要的元件。在上世纪80年代涡流二极管开始应用于核工业后处理燃料输送中，并延伸至化工、医药等领域。近些年来，涡流二极管被考虑应用到熔盐堆的非能动余热排出系统中，既能有效减少反应堆正常工况下堆芯熔盐的旁路流量，又可以确保反应堆在自然循环条件下能够顺利导出堆芯余热。其基本原理为流体工质在反向通过涡流二极管时具有很高的流阻，而正向流通时，流阻相对要小很多，其特性类似于电路中的“二极管”。在正向流动时，流场相对比较简单，而反向流动时，内部流场呈现为复杂的三维强剪切湍流场，在其腔室中心附近形成强旋流结构，类似于旋风分离器、涡流放大器等设备的内部流态。涡流二极管的典型结构由三部分组成：轴向管、腔室及切向管,其性能参数由结构参数及工况条件两个因数决定。熔盐堆作为四代堆型之一，在固有安全、燃料循环、小型化、核资源的有效利用和防止核扩散等方面有其特有的优点。2011年中国科学院启动实施了“未来先进核裂变能——钍基熔盐堆核能系统”（Thorium Molten Salt Reactor System, TMSR）战略性先导科技专项，由中国科学院上海应用物理研究所承担，其中TMSR池式反应堆的辅助冷却系统（PoolReactor Auxiliary Cooling System, PRACS）概念设计中采用了涡流二极管装置。本文首先通过数值模拟计算了解涡流二极管的流动特性及其发生机理，为验证计算模型的可靠性，开展实验进行验证。当模拟工质采用熔盐FLiBe时,分析各部分结构参数对其性能参数的影响，通过改进其结构以提高涡流二极管的性能参数，达到优化的目的。分析并计算PRACS采用涡流二极管装置的效率，同时提出螺旋型腔室结构的涡流二极管以改善反向流动的不稳定性，采用双切向管结构的涡流二极管可以有效降低正向阻力，提高其综合性能，为进一步改进和优化熔盐堆辅助冷却系统中的涡流二极管设计提供参考。
【学位授予单位】：中国科学院研究生院（上海应用物理研究所）
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TL24

【参考文献】