基于ADS1～3缩比模型的双孔蒸汽喷放冷凝传热系统程序计算与实验验证

发布时间：2021-10-18 21:48

　　高温蒸汽在过冷水中喷放直接接触式冷凝是AP1000、CAP1400等三代先进压水堆一回路在事故超压情况下重要的降温降压途径。本文基于系统程序RELAP5、COSINE对饱和蒸汽通过双孔喷洒器喷入大容积过冷水中进行直接接触冷凝这一过程进行建模、计算、分析,获得高温蒸汽从喷口喷出后沿轴向的温度分布。同时开展蒸汽喷放冷凝可视化实验,采用热电偶矩阵和高速摄像机等对关键热工参数进行测量,以获得蒸汽汽羽的温度分布和喷放流型等,用于验证系统程序对蒸汽喷放冷凝过程模拟的准确性。结果表明,采用RELAP5程序基本能模拟简化条件下的ADS蒸汽喷放冷凝总体变化规律,模拟结果与实验结果相比平均误差为2.97%。此外,采用COSINE程序对喷放冷凝过程模型进行了进一步修正和改进,考虑水箱内整体流动对喷放特性的影响,模拟结果与实验结果吻合较好,平均误差为1.89%。但由于实际双孔喷放过程较为复杂,并且存在明显的三维特性,所以仍需对系统程序中相关冷凝传热模型进行完善,以更精确地模拟其局部冷凝特征。 

【文章来源】：原子能科学技术. 2020,54(09)北大核心EICSCD

【文章页数】：9 页

【部分图文】：

实验系统示意图

对比图3中两个不同质量流密度的喷放效果,可看出当蒸汽质量流密度不同时,蒸汽冷凝流型随水温升高的变化。当蒸汽质量流密度G=965 kg/(m2·s)、温度为333 K时,相邻的两股蒸汽间界限明显,仍未发生联结(图3a)。而当蒸汽质量流密度增大到1 921 kg/(m2·s)、温度为303 K时,相邻的两股蒸汽相互作用明显(图3b)。基于图3工况可见,蒸汽质量流密度对双孔喷洒器相邻蒸汽柱产生联结效应影响较大,在P/D=2情况下,随着喷放流量的增大,相邻蒸汽柱均更易发生联结,并且喷放DCC效果较为剧烈,具有明显的三维效应,将直接影响稳定冷凝条件下的传热、压力振荡特性。图3 不同水温下的蒸汽羽流

图2 喷孔沿喷放方向热电偶布置示意图对于蒸汽喷放稳定冷凝过程,蒸汽质量流密度较大,能形成稳定气液交界面,并形成稳定汽羽区。图4为双孔蒸汽冷凝流型,可看出,在稳定冷凝条件下,蒸汽喷射冷凝羽流可分为3个明显的区域,即汽核区、气液交界面、湍流混合冷凝区。蒸汽自喷孔喷放进入冷却水箱,在喷孔附近形成汽核区,受到外部环境影响较小;随着射流羽流的扩展,在气液界面处与周围冷却水进行换热,在气液混合区迅速冷凝,蒸汽在此区域内温度下降,几乎被冷却至水温,气液交界边界开始变得模糊,出现未完全冷凝的汽泡夹带;然后在强烈射流动量推动作用下,射流沿轴向进一步扩展并被冷凝,大量的蒸汽夹带被冷凝的蒸汽液滴形成湍流混合冷凝区。

【参考文献】：
期刊论文
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硕士论文
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本文编号：3443556