竖直加热圆管内过冷沸腾及CHF数值模拟

基于欧拉两流体模型和非平衡过冷沸腾模型,完成过冷沸腾数值模型的构建,并通过与Bartolomei单管过冷沸腾实验进行对比,验证模型的正确性。利用该模型计算得到圆管的沸腾曲线,将进入"临界区"后的第一个点作为偏离泡核沸腾(DNB)判定的标准,对高压、高流量下圆管内的DNB型临界热流密度(CHF)进行数值模拟,CHF数据取自最新(2006年)的查询表;计算中考虑质量流量、平衡含汽率和压力对CHF的影响,最终预测值与实际值符合良好,误差在15%以内。预测CHF出现的位置也与实际相符,表明本文提出的方法能够很好地模拟高压、高流量下圆管内的DNB型CHF。     

高压工况下圆管内垂直向上流动沸腾CHF关系式比较研究

基于15?MPa至临界压力的圆管内垂直向上流动沸腾临界热流密度（CHF）实验数据，筛选出Katto、Bowring、Hall-Mudawar、Alekseev关系式以及CHF查询表（LUT-2006）进行比较研究，通过对预测值与实验值的误差分析，评价了各个关系式的适用性，得到了15?MPa至临界压力区间内CHF随压力的变化趋势。本研究对高压工况（≥15 MPa），尤其是接近临界区域的CHF预测具有指导意义。      

基于CMFD模拟的圆管内DNB型CHF预测

偏离泡核沸腾(DNB)型临界热流密度(CHF)的预测是压水反应堆热工水力分析的一项重要内容。本文使用商用CFD软件STAR-CCM+,采用欧拉两流体模型,模拟了16 MPa下在不同出口平衡含气率、不同进口流速下圆管内水的核态沸腾,并基于Weisman-Pei气泡雍塞模型预测CHF值。通过与查询表值进行比较,发现过冷工况下,本文采用的模型组合得到的CHF预测值与查表值差别在10%之内,两者吻合良好;但是在饱和工况下,计算值较查表值偏差比较大。针对饱和条件下的偏离泡核沸腾预测,本文的模型仍有待改进。     

液膜蒸干模型在液态金属CHF预测中的应用

为对圆管中环状流烧干型沸腾临界进行预测,建立了考虑液滴沉积夹带作用的液膜蒸干模型。沉积率、夹带率等相关关系式采用水等常规流体的已有关系式。在一定参数范围内,将模型预测结果与实验数据和经验关系式进行了比较。结果表明：基于常规流体的液膜蒸干模型大体可应用于液态金属,但在临界热流密度（CHF）较大时可能造成较大偏差;钠、钾两种液态金属在CHF较低时预测准确度区别不大,但在CHF较高时区别较为明显。为更加准确预测液态金属CHF,应开发专门的沉积率、夹带率等相关关系式。     

泡核沸腾两相CFD模拟的参数敏感性分析与模型验证

预测偏离泡核沸腾(DNB)型的临界热流密度(CHF)是压水堆热工水力分析的重要内容。基于计算流体力学(CFD)方法预测CHF需要准确预测空泡份额在截面上(尤其是壁面附近)的分布。本文使用商用CFD程序STAR-CCM+对泡核沸腾状态下DEBORA竖直上升流均匀加热圆管实验进行模拟。经过敏感性分析,找出对空泡份额、气体速度、液体温度和气泡直径四个物理量的径向分布以及轴向壁面温度分布有显著影响的模型参数。基于一组实验数据,通过调整关键模型参数重新标定了相间作用模型,并将标定过的计算模型应用到其他工况验证其适用性,得到了较好的结果。本研究为后续将两相CFD计算应用于DNB型CHF的预测打下了基础。     

内螺纹管临界热流密度预测与数值计算

基于壁面汽泡壅塞理论，针对近临界压力区两相流动沸腾的偏离泡核沸腾(DNB)现象，对垂直上升内螺纹管的DNB型临界热流密度(CHF)进行了数值计算研究。以内螺纹管为分析对象改进已有的汽泡壅塞模型，计算了汽泡层区与主流区的极限传递质量流量、湍流速度分布、汽泡层区临界截面含气率等本构关系，汽泡脱离直径的计算考虑了汽泡接触角的影响。本文模型还根据大量CHF实验数据拟合得到了新的α_b关联式。最后，基于Fortran语言编制了CHF的理论预测数值模型程序，研究分析了压力、质量流速、热平衡干度及进口欠焓对CHF的影响，并根据CHF查表值对本文模型进行评估，同时将实验得到的内螺纹管CHF数据与采用Bowring模型、Katto模型、Shah模型和本文模型计算的CHF进行比较，发现本文模型的误差最小，与实验值吻合结果较好，说明本文模型能较好地对垂直上升内螺纹管DNB型CHF进行预测。     

近临界压力区垂直内螺纹管临界热流密度实验研究

在近临界压力区,对垂直上升内螺纹管流动沸腾的偏离泡核沸腾(DNB)型临界热流密度(CHF)现象进行了实验研究。试验段采用ф35 mm×5.67 mm六头内螺纹管。实验参数范围为:压力18~21 MPa,质量流速500~1 000kg/(m~2·s),进口过冷度3~5℃,内壁热负荷40~960kW/m~2。实验得到了不同工况下的内壁温度和传热系数分布特性,分析了流动参数对内螺纹管中DNB型CHF的影响,并根据实验数据拟合出两相区的传热关联式与临界热流密度(qCHF)预测关联式。内螺纹管的qCHF实验数据被用于与光管的qCHF预测值进行对比,发现内螺纹管具有一定的CHF强化作用,但当压力越靠近临界压力时这种作用会被抑制甚至消失。实验结果表明:在近临界压力下,内螺纹管会在低干度区甚至过冷区发生DNB现象,压力的增大和质量流速的减小均会使DNB提前发生。qCHF随压力的减小和质量流速的增大而增大。在特定工况下,试验段不同截面会分别发生偏离泡核沸腾与蒸干。     

基于最小DNBR点法和BO点法的棒束CHF预测研究

分别采用最小偏离泡核沸腾比（DNBR）点法和烧毁（BO）点法开发了与子通道分析程序ATHAS匹配的临界热流密度（CHF）关系式—ACC（ATHAS CHF CORRELATION）关系式，对比分析了这2种方法的数据分布和预测率，并分别利用Owen准则确定了其DNBR限值，结果表明:相比于最小DNBR点法，BO点法基于真实的CHF发生位置的数据，具有相对的保守性和较高的预测率。      

水平圆管临界热流密度实验研究

对水平圆管内低质量流速临界热流密度(CHF)进行了实验研究和分析。实验研究发现,水平流动圆管沸腾临界发生在圆管加热壁面顶部。通过对沸腾临界发生时圆管出口的质量含汽率和流型进行分析发现,本文研究的参数范围内沸腾临界时的出口含汽率高,流型为环状流,沸腾临界类型为干涸型(Dryout)。将经验公式预测值与实验结果进行比较发现,Bowring公式和Lookup table的预测值远大于CHF的实验值。导致此现象出现的主要原因为:Bowring公式和Lookup table是基于竖直流动CHF实验数据开发的模型,水平流动时在重力的作用下环状流液膜呈非均匀分布,顶部液膜干涸提前触发沸腾临界造成CHF值降低。     

环形通道内棒偏心和弯曲工况临界热流密度机理研究

本文分别从两种不同类型的临界热流密度（CHF）的触发机理出发,分析了内棒偏心和弯曲对CHF的影响。以氟利昂（R-134a）作为流动工质,在竖直向上流动的环形通道内开展了仅内棒加热的CHF实验研究。实验段包含3种形式：同心、偏心和弯曲。偏心实验结果表明：在高过冷工况下,内棒偏心将对CHF造成惩罚,且偏心率为0783的实验段对CHF惩罚更严重;在低过冷工况下,偏心效应减弱。高压高质量流速工况,空泡漂移效应会导致偏心率为0783的CHF大于偏心率为0435的CHF。弯曲实验结果表明：小闭合度的弯曲对CHF几乎没有影响。大闭合度的弯曲对于低质量流速的Dryout型CHF,弯曲棒会破坏液膜的稳定性;对于低质量流速的DNB型CHF,空泡漂移效应远小于偏心通道,弯曲的CHF小于相同最小间隙下偏心的CHF。     

基于两相CFD的非均匀加热圆管CHF预测方法研究

为建立非均匀加热工况临界热流密度（CHF）预测方法，以对换热系统的安全分析提供新的辅助手段，本研究采用欧拉两流体模型和壁面沸腾模型，对非均匀加热圆管的CHF进行预测。通过数值计算得到不同热流密度下近壁面空泡份额和壁面温度的分布，将壁面温度出现二次峰值和此时近壁面空泡份额的峰值位置分别作为CHF发生的依据和CHF发生的点，并用此方法对2种不同功率分布圆管的CHF进行研究。研究结果表明，预测得到临界时的平均热流密度及临界发生的位置都与实验结果符合较好。因此，本研究建立的数值预测方法能够用于非均匀加热圆管CHF的预测。      

适用于新型PWR燃料组件的CHF关系式的开发及应用

以中国核动力研究设计院（NPIC）的棒束临界热流密度（CHF）实验数据为依据，基于具有自主知识产权的子通道分析程序CORTH，采用最小偏离泡核沸腾比（DNBR）点法开发了适用于新型压水堆（PWR）燃料组件的CHF关系式（CF-DRW关系式）并对其进行了应用分析。典型事故分析结果表明，采用CF-DRW关系式的计算结果相比FC-2000关系式具有相当或者更大的热工裕量。      

DNB后膜态沸腾传热计算模型

提出膜态沸腾传热的物理模型,建立相应的数学模型,对DNB后膜态沸腾传热特性进行分析,通过实验数据确定关系式系数,得到了DNB后膜态沸腾传热计算模型.本文提出的理论计算模型与现有不同工况范围内取得的实验数据和已有计算模型进行了比较分析,并对计算偏差进行了统计计算.比较结果表明,本文的计算结果与实验数据符合较好,且相对于已...     

基于逐步回归无量纲棒束CHF关系式开发与DNBR限值确定

针对目前国内外先进压水堆棒束临界热流密度（CHF）经验关系式普遍存在数学形式复杂、自变量系数众多且缺乏物理意义的共性问题,以美国电力研究院（EPRI）棒束CHF数据库中遴选的485个5×5压水堆棒束CHF数据点为基础,基于逐步回归分析开发了一套新型无量纲棒束CHF关系式。考虑了导向管冷壁效应与轴向非均匀加热效应后,实测CHF与预测CHF之比M/P的平均值为0.998,均方根偏差为0.0546,标准差为0.0546,基于分组法确定了关系式的95/95偏离泡核沸腾比（DNBR）限值为1.16。     

DNB后过渡沸腾传热计算模型

提出过渡沸腾传热的物理模型,建立相应的数学模型,对偏离泡核沸腾(DNB)后过渡沸腾的传热特性进行分析。根据实验数据确定关系式中的系数,得到DNB后过渡沸腾传热计算模型。将提出的理论计算模型与现有不同工况范围内取得的实验数据及已有计算模型进行比较分析,并对计算偏差进行统计计算。结果表明,本文模型计算值与现有实验数据符合良好;相对于已有计算模型,模型具有良好的适用性。     

双面均匀加热矩形窄缝通道内DNB型临界热流密度理论预测

基于微液层蒸干的临界触发机理,构建了偏离泡核沸腾(DNB)型的临界预测模型。通过对临界点处的汽块进行受力平衡分析,基于优化后的侧面提升力系数CL,确定了汽块滑移速度、微液层液膜厚度等参数,实现对均匀加热下DNB型临界热流密度的理论预测。采用2种加热长度下矩形窄缝通道内的临界热流密度实验数据对该模型进行了验证。结果表明:模型所预测矩形窄缝通道内的临界热流密度值与实验结果的偏差均在±15%之内,该模型的预测精度高于Bowring公式和Bettis公式的预测精度。     

WWER机组堆内仪表系统DNBR异常分析及对策研究

为分析国内某水冷却水慢化动力堆（WWER）机组在首次热试升功率期间出现堆内仪表系统（ICIS）上、下层软件指示的偏离泡核沸腾比（DNBR）不一致的原因,通过研究WWER机组热工水力设计和事故分析程序采用的临界热流密度（CHF）关系式,并采用WWER机组事故分析程序DINAMIKA-97模拟50%、75%和90%功率平台工况,计算其DNBR并与热工水力测量试验的测量值进行比较,判断差异产生原因为ICIS上、下层软件采用了不同的CHF关系式;对100%功率平台的DNBR进行预测,与后续下层软件热工水力测量试验测量值符合得良好,进一步证实了以上判断。因此,建议对ICIS上、下层软件采用的CHF关系式进行修改,统一采用保守的CHF关系式,以取得保守的DNBR。      

RELAP5再淹没临界后传热模型不确定性研究

在大破口失水事故最佳估算加不确定性分析中,再淹没临界后传热模型的不确定性评价研究十分关键。本文针对RELAP5再淹没临界后传热模型展开研究,选取Weisman在0.1~0.4 MPa条件下进行的圆管过渡沸腾试验数据对再淹没过渡沸腾关系式进行评价,选取爱达荷国家实验室（INEL）低压下的圆管膜态沸腾试验数据对再淹没膜态沸腾关系式进行评价,给出其概率分布类型和范围,为进行大破口失水事故不确定性分析打下基础。     

摇摆条件下竖直圆管内干涸型临界沸腾的数值研究

针对摇摆条件下竖直圆管内干涸型临界热流密度（Dryout CHF）进行了三维数值计算,研究了摇摆条件下竖直圆管内相态分布特性、圆管内临界热流密度（CHF）的位置以及最高壁面温度,同时对管壁沿程换热系数特性进行了分析。结果表明:在摇摆条件下,圆管内相分布呈现周期性变化,CHF的位置也会发生周期性变化;同时发现摇摆运动会导致壁面最高温度更高,因此摇摆条件会使沸腾临界现象更严重。随着流型转变和沸腾传热机制的变化,管壁换热系数沿流动方向也会显著变化。本研究可以为摇摆条件下Dryout CHF的数值预测提供参考。      

沸腾传热数值模拟方法及多管耦合应用特性研究

针对直流蒸汽发生器（OTSG）中全流型沸腾传热及一、二次侧耦合换热等复杂物理现象,计算流体动力学（CFD）数值分析普遍面临计算难度大、计算效率低及不确定性大等问题。基于欧拉两流体多相流模型与临界热流密度（CHF）壁面沸腾模型,建立了管内全流型流动沸腾传热数值分析模型,并验证了模型的有效性。基于所验证的模型,开展了数值模型在多管耦合传热下的应用特性研究,明确了该数值模拟方法在多管耦合下的可靠性,并对温度与相分布计算结果对相间作用力模型的敏感性进行了数值分析。研究结果表明：基于欧拉两流体多相流模型与CHF壁面沸腾模型,能够较准确地预测管内水介质由过冷到过热的全流型流动沸腾传热过程,计算的“干涸”点位置及壁面峰值温度与实验值符合较好,最大误差小于10%;基于欧拉两流体多相流模型与CHF壁面沸腾模型的数值方法对多管耦合工况有较好的适用性,计算的二次侧温度与实验结果吻合良好;两相间曳力对壁面温度及空泡份额的计算结果有较明显的影响,但非曳力对壁面温度的影响较小,因此对于大规模工程应用计算,可在分析中不考虑部分相间非曳力的影响。本文研究结果可为OSTG的三维精细化数值分析的模型选择提供有益参考。