低流量下倾斜矩形流道内两相流动及CHF机理研究

发布时间：2021-02-27 06:39

　　为保证核电站的安全性,采用反应堆压力容器外部冷却（ERVC）方案实现严重事故下堆内熔融物滞留（IVR）的策略是目前最重要的非能动严重事故缓解措施。虽然已经开展了以工程验证为目的的针对不同类型机组的IVR-ERVC系统工程验证性试验,但是对于IVR-ERVC中沸腾现象及临界热流密度（CHF）机理的研究还很有限。由于反应堆下封头熔融物分布和传热特性不确定度较大,工程验证试验结果难以用于严重事故的准确分析和系统的优化设计。因此,本文采用矩形流道内低流量流动沸腾来模拟IVR-ERVC系统窄缝通道内的自然对流沸腾,通过改变流道倾角和入口质量含气率对IVR-ERVC系统中的沸腾传热特点和CHF机理进行深入研究。首先,基于严重事故下反应堆压力容器下封头外部窄缝通道内,上游的两相流状态随着倾角位置的变化而变化,会对下游的沸腾传热和CHF造成影响的特点,本文对不同质量流速和质量含气率工况对应的不同倾角矩形流道中两相流分布及平均空泡份额进行实验和理论研究,并结合CFD数值模拟对两相流的倾角效应进行了分析。实验结果表明,弹状流和搅拌流下,平均空泡份额随着倾角增大,呈现先减小后增大的趋势。考虑倾角效应后对漂移... 

【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：150 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
符号与标记
第一章 绪论
    1.1 背景和意义
    1.2 IVR-ERVC中的沸腾传热特点
    1.3 国内外研究现状
        1.3.1 ERVC可靠性实验研究
        1.3.2 倾斜管道中的流型和空泡份额研究
        1.3.3 饱和流动沸腾传热特性研究
        1.3.4 流动沸腾临界热流密度实验研究
        1.3.5 流动沸腾CHF机理模型研究
        1.3.6 流动沸腾CHF模型评价
    1.4 研究目的和主要研究内容
        1.4.1 研究目的
        1.4.2 主要研究内容
第二章 实验装置和实验方案
    2.1 实验回路
    2.2 实验段
    2.3 测量系统
    2.4 实验工况
    2.5 实验方法
    2.6 实验数据处理
    2.7 不确定度分析
    2.8 本章小结
第三章 倾斜矩形通道中的两相流特性研究
    3.1 可视化流型识别
    3.2 流型图理论与实验结果对比
    3.3 不同流型下的探针信号响应
    3.4 空泡份额实验结果
        3.4.1 倾斜流道中空泡份额分布特性
        3.4.2 倾斜流道中平均空泡份额
    3.5 空泡份额实验结果与现有模型对比
    3.6 空泡份额的漂移流模型改进
        3.6.1 倾角对分布参数的影响
        3.6.2 倾角对漂移速度的影响
        3.6.3 新模型与实验数据的对比
    3.7 本章小结
第四章 倾斜矩形通道中的两相流数值模拟
    4.1 模型和求解
        4.1.1 几何模型
        4.1.2 两相流模型
        4.1.3 界面间作用力模型
        4.1.4 湍流模型
        4.1.5 边界条件与求解
        4.1.6 网格敏感性分析
        4.1.7 气相粒径的敏感性分析
    4.2 倾角对空泡份额分布的影响
    4.3 倾角对气相速度的影响
    4.4 倾角对平均空泡份额的影响
    4.5 本章小结
第五章 倾斜矩形通道中的传热和CHF实验结果分析
    5.1 流动沸腾传热研究
        5.1.1 不同倾角下的流动沸腾曲线
        5.1.2 沸腾传热系数
        5.1.3 沸腾传热关系式对比
    5.2 临界热流密度
        5.2.1 倾角对临界热流密度的影响
        5.2.2 质量含气率对临界热流密度的影响
        5.2.3 质量流速对临界热流密度的影响
        5.2.4 临界热流密度的重力效应分析
    5.3 本章小结
第六章 临界热流密度模型的开发
    6.1 模型建立
        6.1.1 模型假设
        6.1.2 微液层内两相流动不稳定性分析
        6.1.3 CHF的触发机理
        6.1.4 两相边界层的分离流理论
        6.1.5 倾斜管道中两相流液膜厚度分析
    6.2 CHF预测结果与实验结果对比
        6.2.1 倾角的影响
        6.2.2 质量含气率的影响
        6.2.3 质量流速的影响
        6.2.4 新模型与实验结果的对比
    6.3 本章小结
第七章 总结和展望
    7.1 本文主要结论
    7.2 论文创新点
    7.3 未来工作展望
参考文献
致谢
攻读学位期间的学术成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]垂直窄缝通道内环状流沸腾传热特性[J]. 胡永攀,陶乐仁,李垒,李庆普.  热能动力工程. 2017(05)
[2]非能动IVR-ERVC试验装置的流动特性初步研究[J]. 唐超力,匡波,刘鹏飞,朱晨,王凡.  核技术. 2014(12)
[3]管内搅拌流传热模型及实验研究[J]. 马永乾,邵茹,王志远,刘晓兰,宋荣荣.  应用力学学报. 2014(04)
[4]倾斜通道内泡状流空泡份额分布特性[J]. 闫超星,阎昌琪,孙立成,幸奠川,刘国强.  化工学报. 2014(03)
[5]核电厂实施非能动IVR-ERVC措施时朝下曲面CHF特性试验[J]. 倪亮,刘鹏飞,匡波,唐琪.  电力与能源. 2013(02)
[6]严重事故条件下压力容器完整性评价的研究进展[J]. 文青龙,陈军,卢冬华,赵华.  核科学与工程. 2011(03)
[7]非能动余热排出热交换器数值模拟[J]. 薛若军,邓程程,彭敏俊.  原子能科学技术. 2010(04)
[8]竖直矩形狭缝通道内环状流沸腾换热分析模型[J]. 蒲鹏飞,潘良明,李午申,黄永军.  热科学与技术. 2005(03)



本文编号：3053838