摇摆条件下自然循环系统特性研究
发布时间：2022-12-24 11:49
自然循环系统作为一种典型的非能动系统,可以提高核动力装置的固有安全性,被应用于先进核动力反应堆系统。但是,受限于核动力装置较小的可布置空间,自然循环系统的驱动压头一般较小,在摇摆条件的影响下,系统的热工水力特性会发生改变,影响系统的运行特性。本文以实验结合数值模拟和理论分析的方法,开展了摇摆条件下自然循环系统特性的研究。开展了摇摆对窄矩形通道的单相流动与传热特性影响的实验研究,得到了流量与摩擦压降间的相位关系,瞬时和时均的摩擦阻力和传热特性。在此基础上,结合自主开发的系统分析程序的计算结果和理论分析结果,指出参数间的非线性关系是导致摇摆条件下时均摩擦阻力和传热特性发生变化的主要影响机制。通过FLUENT软件研究了摇摆条件下矩形通道内的瞬时径向速度分布和温度分布,结合实验结果与系统分析程序的计算结果的对比分析,得到了摇摆运动对瞬时摩擦阻力和传热特性的影响机制。开展了摇摆对单相自然循环的系统特性影响的实验研究,得到了摇摆参数对流量和温度波动的影响规律。在此基础上,结合系统分析程序的计算结果,得到了流量和温度波动特性的主要机制。并结合理论分析结果,得到了摇摆对时均流量、流量峰值和谷值的影响机...
【文章页数】：188 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
1.2 海洋条件下热工水力特性研究现状
1.2.1 海洋条件对流动阻力特性的影响研究现状
1.2.2 海洋条件对传热特性的影响研究现状
1.2.3 海洋条件对自然循环的系统特性的影响研究现状
1.3 本文主要工作
第2章 实验装置与实验方案
2.1 实验装置介绍
2.1.1 摇摆台架
2.1.2 热工实验回路
2.1.3 可视化实验段
2.1.4 测量系统
2.2 实验内容与实验步骤
2.2.1 实验内容
2.2.2 实验步骤
2.3 实验数据处理
2.3.1 摩擦压降和摩擦阻力系数
2.3.2 换热系数
2.4 不确定度分析
2.5 本章小结
第3章 自然循环系统分析程序开发
3.1 流体动力学模型
3.1.1 简化与基本假设
3.1.2 守恒方程
3.2 本构关系式
3.2.1 摩擦阻力计算关系式
3.2.2 传热计算关系式
3.2.3 沸腾特征点计算
3.2.4 空泡份额的计算
3.2.5 漂移速度约束方程
3.2.6 壁面热流分配
3.2.7 相界面传热计算
3.3 传热元件导热计算
3.3.1 传热元件导热方程
3.3.2 导热方程数值解法
3.4 惯性力计算模型的矢量通用形式
3.5 稳压器模型
3.6 程序开发
3.6.1 数值解法
3.6.2 计算流程
3.7 网格划分
3.8 程序验证
3.9 本章小结
第4章 窄矩形通道内单相流动与传热特性研究
4.1 窄矩形通道内单相摩擦阻力特性
4.1.1 竖直条件下窄矩形通道内流动阻力特性
4.1.2 流量与摩擦压降的相位差实验
4.1.3 摇摆条件下瞬时摩擦阻力特性
4.1.4 摇摆对时均摩擦阻力系数的影响
4.1.5 摇摆对时均摩擦阻力系数的影响机理
4.2 窄矩形通道内单相传热特性
4.2.1 竖直条件下窄矩形通道内传热特性
4.2.2 摇摆条件下瞬时传热特性
4.2.3 摇摆对时均传热特性的影响
4.2.4 摇摆对时均传热特性的影响机理
4.3 摇摆对瞬时摩擦阻力与传热特性的影响机理分析
4.3.1 几何模型的建立和网格划分
4.3.2 参数的设置及摇摆工况下的动量源项
4.3.3 网格无关性检验和湍流模型选择
4.3.4 计算结果验证
4.3.5 摇摆对瞬时流动阻力特性的影响机理分析
4.3.6 摇摆对瞬时传热特性的影响机理分析
4.4 本章小结
第5章 摇摆条件下单相自然循环的系统特性研究
5.1 摇摆运动对单相自然循环流量的影响
5.1.1 瞬时流量
5.1.2 摇摆运动影响瞬时流量的机理
5.1.3 时均流量
5.1.4 流量波峰和波谷的特征
5.2 摇摆启动过程的参数变化特性
5.2.1 实验现象
5.2.2 经验模型的提出
5.2.3 启动模型的验证
5.3 温度波动特性
5.3.1 实验段出口流体温度波动特性
5.3.2 实验段出口流体温度波动的影响因素
5.3.3 流体温度波动计算结果的验证
5.3.4 加热区内温度波动特性
5.4 摇摆条件下流体的温度分布
5.4.1 窄矩形通道的加热区内流体温度分布
5.4.2 绝热段流体温度分布
5.5 摇摆对系统驱动力和阻力的影响
5.5.1 摇摆对系统驱动力的影响
5.5.2 摇摆对系统阻力的影响
5.6 流量波动幅度理论分析与验证
5.6.1 流量波动幅度的预测模型
5.6.2 流量波动幅度预测模型的验证
5.7 本章小结
第6章 摇摆条件下两相自然循环系统的特性研究
6.1 窄矩形通道内的两相摩擦阻力特性
6.1.1 竖直条件下窄矩形通道两相摩擦阻力特性
6.1.2 摇摆条件下窄矩形通道两相瞬时摩擦阻力特性
6.2 窄矩形通道内的两相流动传热特性
6.2.1 竖直条件下窄矩形通道两相传热特性研究
6.2.2 摇摆条件下窄矩形通道两相瞬时传热特性研究
6.3 竖直条件下两相自然循环的系统特性研究
6.3.1 稳定的两相流动
6.3.2 流量波动幅度较小的欠热沸腾流动不稳定性
6.3.3 无明显周期的欠热沸腾流动不稳定性
6.3.4 流量波动幅度较大的欠热沸腾流动不稳定性
6.3.5 欠热沸腾耦合闪蒸和压力降流动不稳定性
6.3.6 闪蒸主导的流动不稳定性
6.3.7 流动不稳定边界
6.4 摇摆条件下两相自然循环的系统特性研究
6.4.1 高欠热沸腾时温度波动特性
6.4.2 波谷型波动
6.4.3 复合型波动
6.4.4 两相流动不稳定性主导的波动
6.4.5 摇摆运动对流动不稳定边界的影响
6.4.6 系统分析程序预测能力的验证与分析
6.5 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果
致谢
附录
【参考文献】：
期刊论文
[1]摇摆对窄缝通道内高压两相摩擦阻力影响的研究[J]. 张震,肖泽军,闫晓,秦胜杰,黄彦平,陈炳德. 核动力工程. 2014(01)
[2]海洋条件下压水堆单相自然循环无量纲分析[J]. 郝亚雷,鄢炳火,杨星团,伊雄鹰. 核动力工程. 2013(04)
[3]摇摆条件下窄矩形通道内流动传热特性数值模拟[J]. 李隆键,董相禄,马建,黄彦平. 核动力工程. 2013(04)
[4]摇摆下自然循环矩形双通道系统核热耦合不稳定性研究[J]. 周铃岚,张虹,谭长禄,董化平. 核动力工程. 2013(S1)
[5]摇摆条件下一体化反应堆模拟回路冷态流动特性研究[J]. 宫厚军,杨星团,黄彦平,姜胜耀. 核动力工程. 2013(03)
[6]运动条件下反应堆自然循环模型[J]. 宫厚军,杨星团,姜胜耀. 清华大学学报(自然科学版). 2013(04)
[7]摇摆运动下矩形窄通道内流动沸腾阻力特性[J]. 刘传成,阎昌琪,孙立成. 原子能科学技术. 2012(12)
[8]窄缝矩形通道单相流动及传热实验研究[J]. 马建,黄彦平,刘晓钟. 核动力工程. 2012(01)
[9]海洋条件对棒束间湍流流动传热的影响[J]. 鄢炳火,顾汉洋,于雷. 核动力工程. 2011(05)
[10]摇摆条件下单相水强制循环阻力特性实验研究[J]. 幸奠川,阎昌琪,曹夏昕,刘洋,高璞珍. 原子能科学技术. 2011(06)
博士论文
[1]开式自然循环系统流动特性研究[D]. 郭雪晴.哈尔滨工程大学 2016
[2]非惯性坐标下窄矩形通道流动沸腾特性研究[D]. 陈冲.哈尔滨工程大学 2016
[3]摇摆对棒束通道内流动阻力特性的影响研究[D]. 闫超星.哈尔滨工程大学 2015
[4]摇摆条件下大圆管内气液两相流动界面输运特性[D]. 田道贵.哈尔滨工程大学 2015
[5]摇摆对矩形通道内流动阻力特性的影响研究[D]. 幸奠川.哈尔滨工程大学 2013
[6]周期力场作用下矩形通道内流动与传热特性研究[D]. 王畅.哈尔滨工程大学 2013
[7]脉冲流动和壁面振动传热研究[D]. 俞接成.清华大学 2005
硕士论文
[1]摇摆条件下矩形通道内自然循环传热特性研究[D]. 田旺盛.哈尔滨工程大学 2017
[2]摇摆条件下窄矩形通道内流动传热的大涡模拟[D]. 董相禄.重庆大学 2012
[3]摇摆条件矩形通道内流体传热特性研究[D]. 陈勇.哈尔滨工程大学 2012
[4]摇摆运动下矩形窄通道内流动沸腾阻力特性研究[D]. 刘传成.哈尔滨工程大学 2012
本文编号：3726078
【文章页数】：188 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
1.2 海洋条件下热工水力特性研究现状
1.2.1 海洋条件对流动阻力特性的影响研究现状
1.2.2 海洋条件对传热特性的影响研究现状
1.2.3 海洋条件对自然循环的系统特性的影响研究现状
1.3 本文主要工作
第2章 实验装置与实验方案
2.1 实验装置介绍
2.1.1 摇摆台架
2.1.2 热工实验回路
2.1.3 可视化实验段
2.1.4 测量系统
2.2 实验内容与实验步骤
2.2.1 实验内容
2.2.2 实验步骤
2.3 实验数据处理
2.3.1 摩擦压降和摩擦阻力系数
2.3.2 换热系数
2.4 不确定度分析
2.5 本章小结
第3章 自然循环系统分析程序开发
3.1 流体动力学模型
3.1.1 简化与基本假设
3.1.2 守恒方程
3.2 本构关系式
3.2.1 摩擦阻力计算关系式
3.2.2 传热计算关系式
3.2.3 沸腾特征点计算
3.2.4 空泡份额的计算
3.2.5 漂移速度约束方程
3.2.6 壁面热流分配
3.2.7 相界面传热计算
3.3 传热元件导热计算
3.3.1 传热元件导热方程
3.3.2 导热方程数值解法
3.4 惯性力计算模型的矢量通用形式
3.5 稳压器模型
3.6 程序开发
3.6.1 数值解法
3.6.2 计算流程
3.7 网格划分
3.8 程序验证
3.9 本章小结
第4章 窄矩形通道内单相流动与传热特性研究
4.1 窄矩形通道内单相摩擦阻力特性
4.1.1 竖直条件下窄矩形通道内流动阻力特性
4.1.2 流量与摩擦压降的相位差实验
4.1.3 摇摆条件下瞬时摩擦阻力特性
4.1.4 摇摆对时均摩擦阻力系数的影响
4.1.5 摇摆对时均摩擦阻力系数的影响机理
4.2 窄矩形通道内单相传热特性
4.2.1 竖直条件下窄矩形通道内传热特性
4.2.2 摇摆条件下瞬时传热特性
4.2.3 摇摆对时均传热特性的影响
4.2.4 摇摆对时均传热特性的影响机理
4.3 摇摆对瞬时摩擦阻力与传热特性的影响机理分析
4.3.1 几何模型的建立和网格划分
4.3.2 参数的设置及摇摆工况下的动量源项
4.3.3 网格无关性检验和湍流模型选择
4.3.4 计算结果验证
4.3.5 摇摆对瞬时流动阻力特性的影响机理分析
4.3.6 摇摆对瞬时传热特性的影响机理分析
4.4 本章小结
第5章 摇摆条件下单相自然循环的系统特性研究
5.1 摇摆运动对单相自然循环流量的影响
5.1.1 瞬时流量
5.1.2 摇摆运动影响瞬时流量的机理
5.1.3 时均流量
5.1.4 流量波峰和波谷的特征
5.2 摇摆启动过程的参数变化特性
5.2.1 实验现象
5.2.2 经验模型的提出
5.2.3 启动模型的验证
5.3 温度波动特性
5.3.1 实验段出口流体温度波动特性
5.3.2 实验段出口流体温度波动的影响因素
5.3.3 流体温度波动计算结果的验证
5.3.4 加热区内温度波动特性
5.4 摇摆条件下流体的温度分布
5.4.1 窄矩形通道的加热区内流体温度分布
5.4.2 绝热段流体温度分布
5.5 摇摆对系统驱动力和阻力的影响
5.5.1 摇摆对系统驱动力的影响
5.5.2 摇摆对系统阻力的影响
5.6 流量波动幅度理论分析与验证
5.6.1 流量波动幅度的预测模型
5.6.2 流量波动幅度预测模型的验证
5.7 本章小结
第6章 摇摆条件下两相自然循环系统的特性研究
6.1 窄矩形通道内的两相摩擦阻力特性
6.1.1 竖直条件下窄矩形通道两相摩擦阻力特性
6.1.2 摇摆条件下窄矩形通道两相瞬时摩擦阻力特性
6.2 窄矩形通道内的两相流动传热特性
6.2.1 竖直条件下窄矩形通道两相传热特性研究
6.2.2 摇摆条件下窄矩形通道两相瞬时传热特性研究
6.3 竖直条件下两相自然循环的系统特性研究
6.3.1 稳定的两相流动
6.3.2 流量波动幅度较小的欠热沸腾流动不稳定性
6.3.3 无明显周期的欠热沸腾流动不稳定性
6.3.4 流量波动幅度较大的欠热沸腾流动不稳定性
6.3.5 欠热沸腾耦合闪蒸和压力降流动不稳定性
6.3.6 闪蒸主导的流动不稳定性
6.3.7 流动不稳定边界
6.4 摇摆条件下两相自然循环的系统特性研究
6.4.1 高欠热沸腾时温度波动特性
6.4.2 波谷型波动
6.4.3 复合型波动
6.4.4 两相流动不稳定性主导的波动
6.4.5 摇摆运动对流动不稳定边界的影响
6.4.6 系统分析程序预测能力的验证与分析
6.5 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果
致谢
附录
【参考文献】：
期刊论文
[1]摇摆对窄缝通道内高压两相摩擦阻力影响的研究[J]. 张震,肖泽军,闫晓,秦胜杰,黄彦平,陈炳德. 核动力工程. 2014(01)
[2]海洋条件下压水堆单相自然循环无量纲分析[J]. 郝亚雷,鄢炳火,杨星团,伊雄鹰. 核动力工程. 2013(04)
[3]摇摆条件下窄矩形通道内流动传热特性数值模拟[J]. 李隆键,董相禄,马建,黄彦平. 核动力工程. 2013(04)
[4]摇摆下自然循环矩形双通道系统核热耦合不稳定性研究[J]. 周铃岚,张虹,谭长禄,董化平. 核动力工程. 2013(S1)
[5]摇摆条件下一体化反应堆模拟回路冷态流动特性研究[J]. 宫厚军,杨星团,黄彦平,姜胜耀. 核动力工程. 2013(03)
[6]运动条件下反应堆自然循环模型[J]. 宫厚军,杨星团,姜胜耀. 清华大学学报(自然科学版). 2013(04)
[7]摇摆运动下矩形窄通道内流动沸腾阻力特性[J]. 刘传成,阎昌琪,孙立成. 原子能科学技术. 2012(12)
[8]窄缝矩形通道单相流动及传热实验研究[J]. 马建,黄彦平,刘晓钟. 核动力工程. 2012(01)
[9]海洋条件对棒束间湍流流动传热的影响[J]. 鄢炳火,顾汉洋,于雷. 核动力工程. 2011(05)
[10]摇摆条件下单相水强制循环阻力特性实验研究[J]. 幸奠川,阎昌琪,曹夏昕,刘洋,高璞珍. 原子能科学技术. 2011(06)
博士论文
[1]开式自然循环系统流动特性研究[D]. 郭雪晴.哈尔滨工程大学 2016
[2]非惯性坐标下窄矩形通道流动沸腾特性研究[D]. 陈冲.哈尔滨工程大学 2016
[3]摇摆对棒束通道内流动阻力特性的影响研究[D]. 闫超星.哈尔滨工程大学 2015
[4]摇摆条件下大圆管内气液两相流动界面输运特性[D]. 田道贵.哈尔滨工程大学 2015
[5]摇摆对矩形通道内流动阻力特性的影响研究[D]. 幸奠川.哈尔滨工程大学 2013
[6]周期力场作用下矩形通道内流动与传热特性研究[D]. 王畅.哈尔滨工程大学 2013
[7]脉冲流动和壁面振动传热研究[D]. 俞接成.清华大学 2005
硕士论文
[1]摇摆条件下矩形通道内自然循环传热特性研究[D]. 田旺盛.哈尔滨工程大学 2017
[2]摇摆条件下窄矩形通道内流动传热的大涡模拟[D]. 董相禄.重庆大学 2012
[3]摇摆条件矩形通道内流体传热特性研究[D]. 陈勇.哈尔滨工程大学 2012
[4]摇摆运动下矩形窄通道内流动沸腾阻力特性研究[D]. 刘传成.哈尔滨工程大学 2012
本文编号：3726078
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