密集颗粒流动的连续性方法应用研究

颗粒流动广泛存在于自然现象和工程应用中，无论是山体坍塌还是工程上球床模块式高温气冷堆和中国科学院近代物理研究所提出的新型流态固体颗粒靶概念。本文基于适用于处理大变形问题的物质点法（MPM），采用μ(I)流变模型，实现了用连续性方法模拟密集颗粒流动的计算框架，并模拟了颗粒坍塌实验和漏斗流动现象，数值模拟结果与实验结果、DEM计算结果均吻合较好。本文采用的连续性本构和MPM能有效模拟密集颗粒流动。可在本文探究的连续性方法模拟密集颗粒流动的框架基础上，完善边界条件和本构模型，为用连续性方法处理大量颗粒的工程问题提供借鉴。     

束流瞬变下CiADS次临界反应堆燃料包壳安全分析

利用反应堆系统分析程序RELAP5?mod4.0模拟了加速器驱动嬗变研究装置（CiADS）次临界反应堆燃料棒在发生失束事件时的响应特性；利用有限元软件ANSYS?17.0计算了CiADS次临界反应堆燃料包壳在失束事件下的疲劳寿命；预测了中国未来百兆瓦级加速器驱动次临界系统（ADS）中燃料包壳的疲劳寿命。研究表明:失束时CiADS次临界反应堆功率瞬间下降到满功率的2.156%；失束事件下CiADS次临界反应堆的燃料包壳的疲劳寿命在108次以上；失束事件不会对中国未来百兆瓦级ADS中的燃料包壳造成疲劳损伤。      

欠热沸腾诱发自然循环不稳定性的研究

以最佳估算程序RELAP5为基本分析工具,对自然循环系统进行数值分析,得出了不同条件下系统的不稳定性边界。研究发现自然循环对过冷沸腾有一定的承受能力,不稳定性一般发生在低欠热沸腾区,气泡脱离壁面和凝结时的扰动可能是自然循环系统不稳定性的诱因,系统驱动力、阻力和流量之间的相位差使振荡得以维持和发展。     

中国加速器驱动嬗变研究装置堆芯流量分配设计与优化

针对中国加速器驱动嬗变研究装置的液态铅铋冷却反应堆,采用计算流体力学软件对燃料组件的上下管座段以及堆芯的流动传热进行了三维计算。针对上下管座段的水力学分析,得到了部件阻力系数与流速、开口面积等参数的关系,为堆芯流量分配的设计工作奠定了基础。基于上述结果,采用多孔介质模型建立了全堆流动传热分析模型,针对流量分配问题进行了数值模拟,以功率份额为流量分配的参考依据,通过调整每盒燃料组件入口面积的大小,使得各个组件的流量分配份额与功率份额基本一致,冷却剂在组件出口处的温度分布得到了较好的展平。     

束流瞬变下CiADS次临界反应堆燃料包壳响应特性研究

通过修改系统分析程序RELAP5 MOD4.0的点堆动力学模型与流动传热模型，使其具备了模拟液态铅铋冷却次临界反应堆动力学特性的能力；利用改进的程序模拟了加速器驱动嬗变研究装置（CiADS）的次临界反应堆燃料包壳在发生束流瞬变时的响应特性；利用ANSYS17.0程序分析了CiADS次临界反应堆燃料包壳束流瞬变下的应力变化。研究表明：失束时间越短，燃料包壳的温度回升越慢；燃料包壳不会因可能发生的束流超功率事件而发生熔毁；燃料包壳内外壁面的温差变化是影响应力变化的主要因素；CiADS次临界反应堆的燃料包壳不会因束流瞬变而发生应力破坏。     

用于流场可视化实验的有机玻璃折射率匹配液研究

为减小流动工质与燃料组件模型之间因折射率差异给可视化流场测量带来的影响，将四氢化萘和无水乙醇混合得到一种新型有机玻璃（PMMA）折射率匹配（RIM）液。实验测量了不同浓度混合溶液的折射率、密度、动力黏度和雷诺数，并研究了4个变量对温度的敏感性。结果表明：在25 ℃时，四氢化萘(72.2%)-无水乙醇(27.8%)混合溶液与PMMA的折射率相等；Newton方程在预测混合溶液的折射率时与实验测量数据偏差最小。由于雷诺数对温度敏感，建议在实验装置中设置热交换设备来控制流动工质的温度。该RIM液具有成本低、密度适中、动力黏度小和稳定性高等优点，可用于流场可视化实验。     

铅铋冷却快堆含绕丝燃料组件子通道程序开发与验证

由于铅铋冷却剂流动传热现象的复杂性,准确计算铅铋冷却含绕丝燃料组件的冷却剂和包壳温度是液态金属冷却快堆燃料组件热工分析的重点。本文基于集总参数法对守恒方程进行求解,开发了适用于铅铋冷却快堆的子通道分析程序,对液态铅铋在棒束燃料组件中的摩擦阻力模型、湍流交混模型和对流换热模型进行了适用性分析,并对7棒束大涡模拟和19棒束含绕丝传热实验进行了对比验证。结果表明：包壳和冷却剂温度的最大相对误差低于5%。程序能较好完成铅铋冷却含绕丝燃料组件的热工水力计算,可为铅铋冷却快堆设计提供支持。     

中国加速器驱动嬗变研究装置次临界反应堆概念设计

根据中国加速器驱动嬗变研究装置(CiADS)的建设要求,完成了CiADS中次临界反应堆的概念设计。次临界反应堆为液态铅铋冷却快中子反应堆,采用半池式-半回路式的布置方式,通过主容器的中心管实现了与散裂靶在结构上的耦合。燃料组件及换料方式采用相对成熟的技术方案,设置了铅铋主冷却剂辅助系统,通过多种专设安全设施来保证反应堆的安全。CiADS次临界反应堆充分考虑了堆靶耦合界面的可实现性,利用了液态铅铋冷却剂良好的传热性,结合了池式堆冷却剂自然循环的特性及回路式堆冷却剂装量少的特性,具有良好的可行性、安全性、布置灵活性和技术扩展性。     

铅铋流量计标定装置开式换向器运行特性模拟及不确定度分析

为了预估在铅铋流量计标定过程中气缸驱动换向器因气缸正反行程不对称而造成的系统误差，实现对气缸驱动换向器的B类不确定度分量的先验分析，探究B类不确定度能否准确反映换向器引入标定相对系统误差的大小，本文基于计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics,CFD）方法提出了一种用于开式换向器的双向耦合计算方法，对不同流量工况、不同力矩驱动下换向器使用行程差法得到的B类不确定度分量以及不同计时方式、换向器喷嘴出口不同速度分布下的标定相对系统误差进行了计算，并对气缸驱动换向器的运行特性进行了分析。结果表明：气缸推力越大，换向器B类不确定度越小；相较于采用行程起点或终点作为计时时刻，将换向器挡板运动至行程中点作为计时时刻，换向器引入的标定相对系统误差最低，为其他两种计时方式的1/7～1/30；换向器B类不确定度的大小可以反映使用不同计时时刻的换向器引入相对系统误差的包络值。