自然循环工况下离心泵阻力特性的实验研究与数值模拟

停转后泵的阻力特性对自然循环流量影响明显。为研究低流量自然循环工况下离心泵的阻力特性，设计了实验台架，对离心泵的正向压降、反向压降和损失系数进行了测量，实验雷诺数为2.0×10⁴～1.5×10⁵。实验表明：相同雷诺数下，反向压降明显高于正向压降；雷诺数大于8×10⁴时，损失系数基本保持不变，而低雷诺数下损失系数随雷诺数的降低有增大的趋势；基于实验得到了损失系数的经验关系式。采用CFD方法对离心泵的内部流场进行了模拟，计算表明：CFD方法能较好地预测损失系数，RNG k-ε模型与实验值的相对误差不超过10%；离心泵的压力损失主要集中在叶轮、导叶等结构的交界区域；正向与反向流动的流场分布存在显著区别；低雷诺数下局部流动更加不稳定。     

蒸汽发生器U型管单相流动不稳定性分析

自然循环条件下,蒸汽发生器并联U型管束内存在单相流动不稳定性,部分U型管内存在倒流现象,对反应堆非能动安全产生负面影响。本文通过对基本守恒方程无量纲处理,采用线性扰动分析理论,获得了Ｕ型管内流动不稳定性判断准则(特征格拉晓夫数)。结果表明,当U型管格拉晓夫数高于特征格拉晓夫数时,管内流动是不稳定的,会出现倒流现象。以某型蒸汽发生器为对象,对U型管束流动不稳定性进行判断,通过与现有判别方法进行对比,验证了建立的U型管内流动不稳定性的判别方法。在此基础上,分析了蒸汽发生器一次侧流体入口密度对倒流现象的影响,发现当入口密度降低时,倒流现象更容易发生。本文结论可为蒸汽发生器优化设计提供一定的理论支持。     

用于缓减UTSG倒流的U型管改进研究

针对自然循环条件下蒸汽发生器部分并联U型管出现的倒流现象，以增强自然循环能力和减少倒流为目的，提出非对称U型管改进方案。基于基本守恒方程，建立了非对称U型管流动传热计算模型和自然循环冷热源位差计算模型。在此基础上，以某型核动力装置U型管为原型，对改进前后U型管倒流临界流量与回路冷热源位差的变化进行了计算分析。计算结果表明：非对称U型管改进使倒流临界流量明显减小，回路冷热源位差明显提升。适当调整U型管上升段与下降段长度比可减少倒流发生，提高自然循环能力。     

蒸汽发生器U型管倒流现象的数值模拟和实验研究

针对蒸汽发生器U型管倒流现象展开实验研究。基于实验数据,采用CFD方法对倒流进行模拟。结果表明:蒸汽发生器发生倒流后,进口腔室出现显著的温度分层,倒流现象降低了蒸汽发生器U型管的换热能力;发生倒流后,进出口腔室压降绝对值减小,正流管流速增大,流动阻力增大,倒流降低了系统的自然循环能力。     

接管布置方式对UTSG倒流现象的影响分析

蒸汽发生器进出口腔室的流场结构对倒流现象有重要影响,而进出口接管布置方式能改变其腔室流场结构。本文建立了两种不同接管布置方式蒸汽发生器三维模型,采用CFD方法模拟了其在低流量条件下的流动换热和流场结构,分析了接管布置方式对倒流现象的影响。研究结果表明:接管布置方式对腔室流动速度场产生显著影响,进而影响到U型管进出口压降和流量分配。适当改变接管布置方式可使流量分配不均匀性降低、U型管进出口负压降升高,从而使蒸汽发生器倒流发生的临界流量和倒流总流量降低。     

蒸汽发生器实验回路倒流特性仿真分析

针对立式倒U型管蒸汽发生器传热管内出现的倒流现象,基于RELAP5/MOD3.3程序,采用新的控制体划分方案对蒸汽发生器实验段进行建模,模拟实验回路中发生的倒流现象。通过与实验数据进行对比分析,验证建模方案的正确性。在此基础上,分析倒流现象对蒸汽发生器实验段流动传热的影响。结果表明:倒流现象发生在较短管内,对于单个U型管,倒流管的流量高于正流管。倒流发生后,系统进入相对稳定状态,但蒸汽发生器实验段的换热功率和进出口腔室负压降绝对值显著降低。     

蒸汽发生器内二次侧水位对倒U型管内倒流特性的影响分析

在自然循环条件下,蒸汽发生器(SG)倒U型管内的流体流动会不稳定,可造成一部分倒U型管内流体处于倒流状态。基于Boussinesq假设,建立了与SG二次侧水位有关的倒U型管内流体一维守恒控制方程,采用线性微扰理论分析SG二次侧水位对倒U型管内倒流特性的影响,并采用RELAP5/MOD3.2程序进行了数值模拟。结果表明:在一定倒U型管进口条件下,SG二次侧水位的降低使倒U型管内流动的特征压降增大,特征流量减少,稳定性参数增加,相对于正常水位时更易不稳定,倒流更易发生,长管较短管更易发生倒流。