核动力系统多目标优化设计方法研究

为提高核动力系统多目标优化设计结果的精确性，提出一种改进的多目标自适应差分进化算法，并通过测试函数对算法性能进行了验证。基于改进的多目标自适应差分进化算法开发了一种核动力系统多目标优化设计方法；以AP1000核电厂非能动余热排出热交换器为对象，采用开发的核动力系统多目标优化设计方法对其进行了优化设计，计算结果证明该方法是有效可行的。      

单相4×4棒束流动试验的CFD方法验证

为研究计算流体力学（CFD）方法预测棒束通道内流场分布的准确性，基于网格敏感性分析所确定的网格方案，采用标准k-ε模型（SKE）、可实现k-ε模型（RKE）、标准k-ω模型（SKW）和剪切应力传输模型（SST模型）对单相棒束流动进行模拟，并将横向速度与轴向速度与试验结果进行量化比较。结果表明:4种湍流模型均能较好地预测棒束通道内的流场分布，其中SKE与RKE的在横向速度预测上相对偏差较小，为19.6%；对于近格架区域的横向流场分析，SKE模拟较优，反之RKE模拟较优；对于轴向速度的预测，SKE的相对偏差最小为4.9%；4种湍流模型均低估均方根（RMS）速度，但能够预测棒束通道内RMS速度的分布规律，近格架区域采用RKE，反之SST较优。本文的计算结果可为单相棒束流动CFD分析的最佳实践导则建立提供参考。      

一体化严重事故程序与系统程序耦合研究

为了更好地对核电厂安全壳与主系统进行整体安全分析,选用一体化严重事故程序与系统程序RELAP5进行直接耦合。并采用了主系统压力边界的破口作为耦合界面和安注系统在主系统上的接口作为耦合界面这2种耦合方式。利用加压容器内的流体向安全壳堆坑喷放的算例Marviken CFT 24验证了这2种直接耦合方法的可行性和耦合程序进行整体安全分析的适用性。     

矩形通道内加减速条件下流态转捩特性研究

针对恒压差变化率下矩形通道内的流态转捩特性进行理论和实验研究。通过理论研究,得到恒压差变化率下的层流速度分布。以层流速度分布为基础,应用能量梯度法,对加速和减速情况下的转捩雷诺数(Re)进行计算,并分析影响转捩Re的因素。分析结果表明:加速过程中转捩Re低于稳态情况下的转捩Re和减速过程中的转捩Re高于稳态情况下的转捩Re;初始稳态压差越接近稳态转捩时的压差,转捩Re偏离稳态转捩Re就越小;压差变化率对转捩Re几乎没有影响。通过加减速实验研究得到的转捩Re变化规律和理论结果基本一致,但在压差变化率影响方面存在差异。     

低压低流速条件下的过冷沸腾换热特性

为探究低压低流速条件下的过冷沸腾换热特性，开展本实验研究。通过分析实验中采集的热工参数和可视化图像，探究了沸腾滞后现象、沸腾失稳现象以及沸腾换热特性。实验发现沸腾起始点壁面过热度较高，而沸腾的发生大幅提高了换热系数，因此出现了显著的沸腾滞后现象。实验中较为光滑的加热面可达到较高的过热度，而低压下快速产生的气泡尺寸较大，在较低的热流密度下气液界面发生剧烈变化，使气泡破裂为多个小气泡并成为核化点。在过冷沸腾换热系数的预测中，Dittus-Boelter对流换热关系式不再适用，采用Hallman关系式和Gnielinski关系式计算对流换热系数，并引入壁面过热度对池式沸腾换热系数进行修正，可使过冷沸腾换热系数的预测精度大幅提高。