不同介质对流动不稳定性影响的研究

发布时间：2021-04-26 11:45

　　随着我国核电的快速发展,核废料的处理将成为我国核电事业面临的一项艰巨的任务。参考国际上在这方面的研究,加速器驱动的次临界反应系统（ADS）在处理核废料方面具有很好的前景。而作为堆内靶件和冷却剂的铅铋流体的研究也开始成为热点。铅铋的流动换热的研究也成为关键问题之一,但尚缺乏其自然循环流动稳定性的研究。因此,本课题主要研究点之一便是对其流动稳定性进行研究。另一个研究点是将铅铋的稳定性研究、水的不稳定实验研究和钠的不稳定理论研究进行对比研究。本课题利用FLUENT软件对铅铋回路进行了建模与分析。首先对CFD建模以及计算设置等方面进行了详细地说明。利用FLUENT软件对铅铋加热段的速度场和温度场进行了研究,同时与Karsten Litfin等人的实验结果进行了对比,验证所选湍流模型的适用性,为自然循环模拟奠定了基础。建立了2维的铅铋自然循环的模型,完成模型网格的划分和所有计算前处理设置。假定了2m模型与4m两种不同高度差的模型,并对2m模型和4m模型进行了4个加功率工况的计算。对比了两种模型高度差在流量、振荡时间、周期和振幅上的影响。结果表明：冷热段中心高度差越大,其循环流量也越大,引入扰动后... 

【文章来源】：华北电力大学河北省 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：79 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
符号表
第1章 绪论
    1.1 研究背景及意义
        1.1.1 研究背景
        1.1.2 研究意义
    1.2 国内外研究现状及发展趋势
        1.2.1 铅铋流体的研究动态
        1.2.2 金属钠和其他液态金属的研究动态
        1.2.3 水不稳定性的研究动态
        1.2.4 本团队相关的研究
    1.3 研究存在不足及问题的提出
    1.4 研究内容及方法
        1.4.1 研究内容
        1.4.2 研究方法
第2章 CFD软件及计算模型
    2.1 引言
    2.2 数值计算与FLUENT软件
        2.2.1 数值计算
        2.2.2 CFD软件
        2.2.3 FLUENT软件
    2.3 流体力学控制方程与湍流计算模型
        2.3.1 质量守恒方程
        2.3.2 动量守恒方程
        2.3.3 能量守恒方程
        2.3.4 湍流计算模型
    2.4 不同高度差几何模型的建立
        2.4.1 几何建模
        2.4.2 回路参数
        2.4.3 网格划分
    2.5 计算条件与流程
        2.5.1 物性建立与设置
        2.5.2 边界条件的设定
        2.5.3 初始条件的设置
        2.5.4 数值算法的选择
        2.5.5 模拟与计算流程
    2.6 网格敏感性分析
    2.7 本章小结
第3章 铅铋流动换热数值计算结果
    3.1 引言
    3.2 加热段计算结果
        3.2.1 径向速度分布
        3.2.2 径向温度分布
        3.2.3 模拟结果验证
    3.3 铅铋回路模型计算结果
        3.3.1 高度差对质量流量的影响
        3.3.2 加热段出口速度分布
        3.3.3 加热段出口温度分布
        3.3.4 高度差对加热段传热系数影响
    3.4 加功率对流动传热的影响
        3.4.1 加功率输入曲线
        3.4.2 加功率对流量影响
        3.4.3 加功率对加热段出口温度影响
        3.4.4 加功率对冷却段出口温度影响
        3.4.5 加功率对换热系数影响
    3.5 本章小结
第4章 不同介质的流动不稳定特性
    4.1 引言
    4.2 水不稳定性
        4.2.1 水的压降-流量特性曲线
        4.2.2 水不稳定性的实验研究
    4.3 钠不稳定性
        4.3.1 钠的压降-流量特性曲线
        4.3.2 钠不稳定性实验数据研究
    4.4 铅铋不稳定性
        4.4.1 铅铋压降-流量特性曲线
        4.4.2 铅铋不稳定性计算研究
    4.5 不稳定性比较
        4.5.1 发生条件比较
        4.5.2 发生过程比较
        4.5.3 发生类型比较
    4.6 不同介质不稳定性机理
    4.7 本章小结
第5章 铅铋热工实验台架设计
    5.1 引言
    5.2 实验工况范围
    5.3 实验系统
        5.3.1 实验回路
        5.3.2 管道系统
        5.3.3 加热系统
        5.3.4 冷却系统
        5.3.5 测量系统
    5.4 实验方案
    5.5 误差分析
    5.6 本章小结
第6章 结论与展望
    6.1 主要结论
    6.2 工作展望
参考文献
附录1 用于铅铋流动换热计算过程主要输出输出变量符号
攻读硕士学位期间发表的论文及专利
攻读硕士学位期间参加的科研工作
致谢
作者简介


【参考文献】：
期刊论文
[1]液态金属钠在圆管中湍流传热特性研究[J]. 王美,巫英伟,田文喜,苏光辉,秋穗正.  原子能科学技术. 2013(09)
[2]液态铅铋合金热物性研究[J]. 苏子威,周涛,刘梦影,邹文重.  核技术. 2013(09)
[3]铅铋合金冷却反应堆内气泡提升泵提升自然循环能力的理论研究[J]. 左娟莉,田文喜,秋穗正,苏光辉.  原子能科学技术. 2013(07)
[4]欠热沸腾诱发自然循环不稳定性的研究[J]. 彭天骥,邱金荣,郭赟,曾和义.  原子能科学技术. 2013(03)
[5]窄矩形通道自然循环流动停滞与临界热流密度研究[J]. 盛程,周涛,张蕾,肖泽军,黄彦平.  核科学与工程. 2013(01)
[6]窄环形通道ONB发生机理的热流体理论分析[J]. 周涛,盛程,刘平,张蕾,洪德训,黄彦平,肖泽军.  哈尔滨工程大学学报. 2012(12)
[7]平行通道密度波不稳定性研究[J]. 夏庚磊,郭赟,彭敏俊.  原子能科学技术. 2012(09)
[8]液态金属内单个气泡上升行为的MPS法数值模拟[J]. 左娟莉,田文喜,秋穗正,陈荣华,苏光辉.  原子能科学技术. 2011(12)
[9]矩形并联多通道密度波不稳定实验[J]. 周源,闫晓,王艳林,卢冬华.  核动力工程. 2011(03)
[10]液态金属镓自然对流换热数值模拟[J]. 门玉宾,马军军,王书福,彭稳根,刘元春,何玉荣.  哈尔滨工业大学学报. 2011(01)

硕士论文
[1]中国实验快堆堆芯出口冷却剂温度波动的数值模拟[D]. 吕晶.华北电力大学 2012
[2]超临界自然循环回路的CFD建模与分析[D]. 车树伟.清华大学 2010
[3]铅冷反应堆系统安全分析程序的开发[D]. 李石磊.中国原子能科学研究院 2007



本文编号：3161356