超临界水自然循环流动及换热特性研究

发布时间：2021-10-07 08:29

　　超临界水冷反应堆（SCWR）是国际上选中的六种四代堆中唯一的水冷堆,具有经济性、延续性及可持续性等诸多综合优势,是借鉴现有压水堆、沸水堆和超临界火电的设计、建造和运行经验,提出的一种新的概念设计堆型。选取超临界水作为工作介质,堆芯出口压力25 MPa,温度500℃。超临界水自然循环流动及传热的研究,对缓解堆芯事故及第四代超临界水堆堆芯余热排出系统的设计,具有理论意义。首先,引入析因分析方法研究了不同因素对超临界水自然循环稳态流量和脉动周期的影响。分析结果显示,在对稳态流量的影响中,入口阻力系数所占的百分比贡献率约70.89%；加热段长度和入口温度交互作用的百分比贡献率为13.26%；加热段长度的百分比贡献率为12.32%。在对脉动周期的影响中,加热段长度的百分比贡献率为68.47%；入口阻力系数的百分比贡献率为24.04%。根据分析结果,在实验装置设计时,可为实验段的进出口安装节流阀,以保证对出入口阻力系数的控制；设计实验段的加热器分段可调,以保证加热部分长度可调。根据析因分析结果和自主开发的超临界水自然循环实验装置计算程序EFDSCW1.0,设计并搭建了超临界水自然循环实验台架。同时... 

【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】：166 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
主要符号表
第1章 绪论
    1.1 研究背景与意义
        1.1.1 研究背景
        1.1.2 研究意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 实验装置研究现状
        1.2.2 流动不稳定性研究现状
        1.2.3 传热恶化研究现状
        1.2.4 本团队已具备的研究基础
    1.3 存在的问题及进一步研究方向
    1.4 论文研究方法和内容
第2章 超临界水自然循环实验设计
    2.1 引言
    2.2 析因分析基本理论
        2.2.1 基本定义与原理
        2.2.2 析因设计特点
        2.2.3 析因设计计算模型
    2.3 基于析因分析方法的实验设计
        2.3.1 研究参数
        2.3.2 计算流程
        2.3.3 计算结果
        2.3.4 实验过程设计
    2.4 设计程序说明
        2.4.1 计算功能
        2.4.2 计算模型
    2.5 实验装置设计方案
        2.5.1 参数设计
        2.5.2 系统流程
        2.5.3 设计特征
        2.5.4 实验段结构
    2.6 本章小结
第3章 超临界水自然循环流动实验装置
    3.1 引言
    3.2 实验装置
        3.2.1 实验回路
        3.2.2 预热段及预热器
        3.2.3 实验段及加热器
        3.2.4 稳压系统
        3.2.5 水处理系统
        3.2.6 电气系统
    3.3 实验测量系统
        3.3.1 流量测量系统
        3.3.2 温度测量系统
        3.3.3 压力及压差测量系统
        3.3.4 数据采集系统
    3.4 实验参数和方法
        3.4.1 实验参数范围
        3.4.2 实验方法和步骤
        3.4.3 实验安全事项
    3.5 实验数据计算方法
        3.5.1 实验段壁面热流密度的计算方法
        3.5.2 壁面温度的计算方法
        3.5.3 实验段主流体焓值计算方法
    3.6 实验误差
    3.7 本章小结
第4章 超临界水流动及传热特性数值模拟
    4.1 引言
    4.2 数值分析采用的计算软件
        4.2.1 CFX软件
        4.2.2 ICEM软件
    4.3 计算方法
        4.3.1 几何模型
        4.3.2 网格划分
        4.3.3 边界条件
        4.3.4 计算模型
        4.3.5 计算流程
        4.3.6 网格敏感性
    4.4 单通道强迫循环流动传热数值模拟
        4.4.1 单通道强迫循环流动不稳定性
        4.4.2 加热功率对传热的影响
        4.4.3 入口温度对传热的影响
        4.4.4 入口质量流量对传热的影响
    4.5 单通道自然循环流动传热数值模拟
        4.5.1 加热功率对循环流量的影响
        4.5.2 入口温度对循环流量的影响
        4.5.3 系统稳定阈值判定
        4.5.4 自然循环模拟结果验证
    4.6 双通道强迫循环流动不稳定性数值模拟
        4.6.1 流量随时间变化
        4.6.2 不对称加热对流动不稳定性的影响
        4.6.3 入口温度对流动不稳定性的影响
        4.6.4 质量流量对流动不稳定性的影响
        4.6.5 双通道模拟结果验证
    4.7 本章小结
第5章 超临界水与两相流自然循环流动不稳定性比较
    5.1 引言
    5.2 两相流自然循环流动不稳定性
        5.2.1 两相流实验装置
        5.2.2 汽液两相流循环流量随加热功率变化
        5.2.3 汽液两相流摩擦系数
        5.2.4 通道尺寸对汽液两相流不稳定性的影响
    5.3 超临界水自然循环流动不稳定性
        5.3.1 超临界水自然循环流动随加热功率变化
        5.3.2 超临界水摩擦系数
        5.3.3 通道尺寸对超临界水不稳定性的影响
    5.4 超临界水与两相流流动不稳定性比较
        5.4.1 流动不稳定性类型比较
        5.4.2 通道尺寸影响比较
        5.4.3 摩擦系数比较
    5.5 超临界水流动不稳定性机理
    5.6 本章小结
第6章 基于遗传神经网络的超临界水与两相流换热计算比较
    6.1 引言
    6.2 遗传神经网络方法
        6.2.1 遗传算法
        6.2.2 BP网络算法
        6.2.3 网络优化算法
        6.2.4 基于BP网络的灵敏度计算模型
    6.3 遗传神经网络方法验证
    6.4 汽液两相流流动换热计算
        6.4.1 已有计算模型
        6.4.2 单因素对流动不稳定起始点影响
        6.4.3 综合效应对流动不稳定起始点的影响
        6.4.4 单因素对脉动条件下CHF的影响
        6.4.5 综合效应对脉动条件下CHF的影响
        6.4.6 不同参数的灵敏度
    6.5 超临界水流动换热计算
        6.5.1 已有超临界水传热恶化计算模型
        6.5.2 单因素对传热恶化的影响
        6.5.3 综合效应对传热恶化的影响
        6.5.4 不同参数的灵敏度
    6.6 超临界水与汽液两相流参数灵敏度比较
    6.7 本章小结
第7章 超临界水自然循环传热特性
    7.1 引言
    7.2 汽液两相流自然循环流动传热机理
        7.2.1 汽液两相流自然循环换热现象
        7.2.2 汽液两相流传热强化
        7.2.3 汽液两相流传热恶化
    7.3 超临界水自然循环流动传热机理
        7.3.1 超临界水自然循环换热现象
        7.3.2 超临界水传热强化机理
        7.3.3 超临界水传热恶化发生机理
    7.4 超临界水与汽液两相流传热比较
    7.5 超临界水自然循环传热系数模型及验证
    7.6 本章小结
第8章 结论与展望
    8.1 主要结论
    8.2 工作展望
参考文献
附录Ⅰ EFDSCW1.0程序输入输出参数符号与意义
附录Ⅱ 流动传热相关经验关系式
附录Ⅲ 摩擦阻力相关经验关系式
攻读博士学位期间发表的论文及其他成果
攻读博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]垂直上升光管内超临界水的传热恶化分析和判据[J]. 李舟航,张大龙,吴玉新,吕俊复,刘青.  中国电机工程学报. 2014(35)
[2]APROS程序在超临界水流动不稳定性分析中的适用性研究[J]. 李妍,陆道纲,曾小康,刘余.  核动力工程. 2014(05)
[3]环形通道内超临界水的传热特性研究[J]. 王汉,毕勤成,杨振东,王林川,吴刚.  西安交通大学学报. 2013(09)
[4]内螺纹管内超临界水的流动阻力特性试验研究[J]. 张伟强,李会雄,张庆,雷贤良,张一帆,迟浩淼,贾敏悦.  中国电机工程学报. 2013(17)
[5]光滑方环管内超临界水流动与传热特性数值计算研究[J]. 朱海雁,闫晓,曾小康,李永亮,黄彦平,肖泽军.  原子能科学技术. 2013(03)
[6]窄通道自然循环临界热流密度的非线性分析[J]. 盛程,周涛,李精精,段军.  原子能科学技术. 2012(11)
[7]矩形回路内超临界水稳态自然循环特性数值分析[J]. 吕发,黄彦平,闫晓,曾小康.  核动力工程. 2012(04)
[8]超临界水流动不稳定类型及动态特性分析[J]. 熊挺,闫晓,黄善仿,黄彦平.  核动力工程. 2012(S1)
[9]超临界压力下自然循环的静态特性[J]. 张项飞,匡波,胡尚武,都立国.  电力与能源. 2012(03)
[10]超临界水并联通道流动不稳定性理论研究[J]. 冯健,田文喜,巫英伟,田晓燕,秋穗正,苏光辉.  原子能科学技术. 2012(04)

博士论文
[1]超临界水堆核热耦合及系统安全特性研究[D]. 陈娟.华北电力大学 2013

硕士论文
[1]垂直圆管内超临界水的传热特性研究[D]. 王磊.上海交通大学 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



本文编号：3421702