快堆气体夹带实验研究

正快堆本体中的一些设备贯穿钠池的自由液面及氩气空间,如果布置不当会导致本应平滑的自由液面产生强烈波动、强大的表面环流、漩涡以及气芯等异常流动现场,进而导致在中间热交换器入口窗等冷却剂向下流动的通道处存在覆盖气体被夹带进入下腔室(冷池)的风险。如果被夹带气体通过主循环泵吸入堆芯将会导致堆功率振荡、     

AP1000 ADS-4阀门夹带卸压实验模化分析

本文对AP1000ADS-4阀门开启后反应堆冷却剂系统(RCS)的夹带卸压现象进行限直径、降高度、等物性模化分析。主要包含ADS-4阀门支管夹带模化、RCS降压模化及反应堆上腔室夹带沉积模化。通过选择合理的无量纲准则数和对守恒方程进行无量纲分析,获得相关热工水力现象的模化准则,最终得到实验台架几何和热工水力参数。     

蒸汽夹带作用下高温颗粒表面拖曳力模型研究

高温熔融物在冷却剂中的沉降过程关系到蒸汽爆炸的触发及后续过程的发展,影响严重事故缓解措施的设计与实施。基于高温颗粒表面蒸汽膜的夹带作用,通过理论建模与实验拟合的方法,构建了预测粗混合阶段颗粒在冷却剂中沉降过程的拖曳力系数的半经验关系式,表示为颗粒弗洛德数（Fr_p）与夹带雷诺数（Re_α）的函数。通过与高温钢球下落冷液中沸腾运动过程实验结果的比较,验证了粗混合初期蒸汽的夹带作用是颗粒沉降的主导因素。另外,沉降速度的变化受高温颗粒的直径影响。颗粒的直径越小,其沉降特征越接近于“冷颗粒”,这主要与蒸汽夹带作用的降低有关。      

气泡破裂及其诱发射流液滴释放过程的实验研究

本文基于实验方法,通过高速摄像的方法捕捉不同直径下的气泡破裂过程及射流液滴的释放过程,获得了气泡破裂后气泡空腔的演变过程,捕捉了射流液滴的速度,探究了气泡直径和气泡表面寿命对射流液滴释放过程的影响规律。实验结果表明,气泡表面寿命对气泡破裂产生射流液滴的过程有着重要影响。随气泡表面寿命的增加,破裂气泡产生的射流液滴的速度也随之增加。当气泡直径较小时,气泡表面寿命呈现Rayleigh分布的特征,射流液滴的释放概率也较高。随气泡直径的增加,气泡表面寿命逐渐转变为指数衰减分布的特征,射流液滴的释放概率也随之下降。基于现有实验数据给出了一个精度更高的射流液滴速度与气泡直径关系式。     

气泡破裂及其诱发射流液滴释放过程的实验研究

本文基于实验方法,通过高速摄像的方法捕捉不同直径下的气泡破裂过程及射流液滴的释放过程,获得了气泡破裂后气泡空腔的演变过程,捕捉了射流液滴的速度,探究了气泡直径和气泡表面寿命对射流液滴释放过程的影响规律。实验结果表明,气泡表面寿命对气泡破裂产生射流液滴的过程有着重要影响。随气泡表面寿命的增加,破裂气泡产生的射流液滴的速度也随之增加。当气泡直径较小时,气泡表面寿命呈现Rayleigh分布的特征,射流液滴的释放概率也较高。随气泡直径的增加,气泡表面寿命逐渐转变为指数衰减分布的特征,射流液滴的释放概率也随之下降。基于现有实验数据给出了一个精度更高的射流液滴速度与气泡直径关系式。     

AP1000中ADS-4液体夹带实验研究

以AP1000核电厂中自动泄压管线(ADS-4)与热管段形成的T型结构为研究对象,开展缩小比例的T型管夹带实验。实验结果表明:大尺寸支管的夹带与小尺寸支管的夹带有明显差别。分层流情况下的夹带研究中发现两种夹带机理;在较低气相Froude数及较低气腔高度时,容易产生间歇流夹带;在较高气相Froude数情况下,往往出现环状流夹带。此外,实验研究发现,大尺寸支管中回流现象显著。支管形状对起始夹带有重要影响,而液体横流似乎并不影响起始夹带。     

竖直向下大支管T型管气相夹带实验研究

基于可视化夹带实验,本文对由水平主管段和大尺寸支管组成的T型管进行夹带起始和稳态夹带研究,并与RELAP5中的气相夹带模型进行对比。结果表明:本实验中夹带起始时所出现的漩涡形式与前人的研究结果相似;稳态夹带实验中观察到一种全新的无旋夹带形式;压差与气相夹带基本为线性关系,T型管主管与支管压差越大,气相夹带越小。     

液态铅铋与水界面碎化行为的可视化实验

在中国铅基反应堆(CLEAR)换热器管道破口(SGTR)事故工况下,二回路高压水可能会直接与一回路铅铋共晶合金(LBE)接触,导致水/蒸汽混合物的急速沸腾,甚至发生蒸汽爆炸,从而危及反应堆的安全。为研究水与熔融LBE接触界面间的沸腾传热与蒸汽爆炸现象及机理,本文通过熔融LBE/水直接接触反应实验平台,依托高速摄像机记录熔融LBE入水爆炸或碎化过程。实验分析了LBE温度(250~500℃)、水温(25~80℃)对熔融LBE碎化行为的影响。结果显示,随着熔融LBE温度或水温的升高,LBE碎化质量中位粒径呈减小趋势;当熔融LBE与水接触界面温度大于水的均相成核温度时,蒸汽爆炸现象更易发生,碎化现象更明显。     

熔融液滴与水作用细粒化实验研究

针对核反应堆发生严重堆芯熔化事故时可能发生的燃料与冷却剂的相互作用以及蒸汽爆炸的复杂过程,对高温熔融金属液滴与水作用的细粒化过程进行了实验研究.对不同工况下实验产物的形状进行了比较分析,并对熔融液滴初始温度、水温、下落高度及材料物性对细粒化过程的影响进行了研究.本文还采用高速摄像仪对熔融液滴的细粒化过程进行了观测.结果表明:熔融液滴初始温度、水温和材料物性对细粒化程度的影响较大;本实验参数范围内下落高度对细粒化程度的影响不大.     

熔融液柱与冷却剂作用中液柱碎化预测

液柱碎化是熔融物和冷却剂相互作用(FCI)粗混合阶段的关键物理现象,在安全分析时需建立液柱碎化模型。本文将实验验证和理论分析相结合,开展了高温熔融液柱与冷却剂相互作用实验;建立了不同沸腾条件下的液柱表面膜态沸腾模型和液柱表面不稳定波生长模型;再考虑不稳定波断裂和熔融物的脱离,构建起完整的熔融液柱水力学碎化模型。用该水力学碎化模型对不同沸腾条件下的熔融液柱碎化行为进行了预测。预测结果表明,实验得到的碎片中位直径和碎裂长度与模型预测结果符合较好,且能进一步应用于典型反应堆原型材料FCI实验的液柱碎化预测。     

音速浸没射流气羽特性实验研究

以直径10 mm喷管为研究对象,针对入口压力为0.2～0.8 MPa的饱和蒸汽在20～60 ℃过冷水中气羽特性进行了实验研究。结果表明,蒸汽气羽长度主要受蒸汽质量流速和水温影响,随蒸汽质量流速及水温的升高,气羽长度增加。同时根据实验结果,在理论推导的基础上给出了计算气羽无量纲穿透长度及换热系数的实验关联式。气羽长度预测值与实验值相对误差在±15%以内,换热系数预测值与实验值在椭圆形气羽区相对误差在±12%以内。     

核用脉冲射流取样器的实验研究

实验研究了脉冲射流取样器对水和模拟泥浆的取样效果.实验发现,脉冲射流取样器存存着压冲喷射和真空逆流两种取样模式.取样器对水取样的实验结果表明:取样针直径和取样T型节截面面积的增加,会使取样率有大幅提高;压冲压力和活塞桶高液位对取样量的影响与结构因素相比较小;在实验范围内单次取样量和取样率最大值分别为107 mL和7.8%.针对质量分数最大为35%的模拟泥浆,脉冲射流取样器仍可正常工作,且取样重复性高.     

蒸汽浸没射流压力振荡特性实验研究

为指导Ⅰ型鼓泡器排放管的结构设计,对常压工况下不同蒸汽质量流速（150～500 kg/(m²·s)）、池水过冷度（18～68 ℃）、开孔直径（10、16 mm）和孔数（单孔、双孔）蒸汽浸没射流的压力振荡特性开展实验研究。结果表明：不同开孔结构下的振荡强度均随蒸汽质量流速的升高或池水过冷度的降低而先增大后减小;当孔径增大或孔数增多时,达到稳定冷凝所需的最小蒸汽质量流速降低,流型转变导致振荡强度减小。不同开孔结构下的振荡主频均主要受池水过冷度和开孔直径的影响,且随过冷度的降低或孔径的增大而减小。孔数变化对主频的影响是多重的,但总体效果弱于孔径变化。通过对主频实验值进行拟合,获得了由池水过冷度和排放孔径表征的半经验关系式,相对误差在±20%以内。     

气动式脉冲液体射流泵性能实验研究

实验研究了喷嘴直径为5 mm,扩散管直径分别为5、7 mm,提升高度为6.7 m的气动式脉冲液体射流泵的性能。结果表明:料桶内的液面高度对气动式脉冲液体射流泵的效率、扬程、输送量影响甚微,而随着操作压力的增加,脉冲液体射流泵的效率、扬程、输送量也增大。证明了在本实验条件下,最佳喷嘴间距与喷嘴直径之比为0.8～2.0范围内,并讨论了不同喷嘴间距所对应的最低操作压力条件。     

文丘里式气泡发生器气泡碎化特性研究

熔盐堆在运行过程中须不断地去除氙等气体裂变产物。熔盐堆除气系统中气泡发生器的作用是通过向回路中注入一定量的直径为0.5 mm的小气泡,在扩散作用下吸收熔盐中的氙,最终气泡被分离出来,达到除氙的目的。在橡树岭国家实验室设计的基础上,本文为钍基熔盐研究堆设计气泡发生器,并在专门建造的水回路中对其工作特性进行了可视化研究。利用高速摄像系统跟踪气泡的运动和碎化过程,分析气液相流速对碎化后气泡尺寸的影响。结果表明：在实验条件下,当气体流量一定时,气泡尺寸随液体流量的增大而减小;当液体流量一定时,气泡尺寸随气体流量的增加而增大。     

铅基快堆SGTR事故下热工水力模拟及气腔扩散行为研究

本文针对铅基快堆蒸汽发生器传热管破裂(SGTR)事故,利用计算流体力学(CFD)程序对LIFUS5/MOD2台架的汽水注射进液态金属铅铋环境进行研究。研究了3种热工水力现象：铅铋环境压力上升与压力波传递,铅池液位波动和气泡夹带与铅池液位上升和蒸汽扩散。研究结果表明：CFD模型在模拟SGTR事故的压力变化和压力波传递方面具有很小的计算误差;压力波峰值会随着水侧背压的升高而增大,且局部的蒸汽腔压力会低于附近的铅池压力,抑制蒸汽爆炸发生;同时事故引起的铅铋液位上升既会引起小尺寸气泡的输运夹带,也会对铅铋环境结构件造成冲击。     

铅基快堆SGTR事故下热工水力模拟及气腔扩散行为研究

本文针对铅基快堆蒸汽发生器传热管破裂（SGTR）事故,利用计算流体力学（CFD）程序对LIFUS5/MOD2台架的汽水注射进液态金属铅铋环境进行研究。研究了3种热工水力现象：铅铋环境压力上升与压力波传递,铅池液位波动和气泡夹带与铅池液位上升和蒸汽扩散。研究结果表明：CFD模型在模拟SGTR事故的压力变化和压力波传递方面具有很小的计算误差;压力波峰值会随着水侧背压的升高而增大,且局部的蒸汽腔压力会低于附近的铅池压力,抑制蒸汽爆炸发生;同时事故引起的铅铋液位上升既会引起小尺寸气泡的输运夹带,也会对铅铋环境结构件造成冲击。     

严重事故条件下安全壳内气溶胶再夹带行为机理试验研究

基于气溶胶再悬浮和再夹带整体试验平台,针对非能动安全壳内的气溶胶再夹带行为开展了试验研究。通过测量颗粒物的质量浓度、数量浓度以及粒径分布,分析了在再夹带阶段试验容器内气溶胶的运动和分布。通过改变水池尺寸、水池表面张力、颗粒物材质和浓度来研究不同单位面积上水蒸气的蒸发速率、不同水池表面张力、不同颗粒物溶解度及浓度下的气溶胶再夹带率的变化。试验表明：水池沸腾情况下气溶胶再夹带率受水池表面张力和单位面积上水蒸气蒸发速率影响,颗粒物粒径分布与颗粒物材质有关。     

喷洒器蒸汽浸没射流汽羽长度实验研究

以孔径分别为4、10、16 mm的侧开孔I型喷洒器为实验件,对质量流速为300~1100 kg·m?2·s?1的饱和蒸汽浸没在温度为35~65℃的过冷水中的直接接触式冷凝开展实验研究。结果表明:孔径不变时,汽羽贯穿长度基本随蒸汽质量流速和池水温度的升高而增大;大孔径喷洒器的汽羽长度与直管式喷嘴的汽羽长度接近,拟合值与实验值的偏差在±15%以内;小孔径喷洒器的汽羽长度明显低于直管式喷嘴,拟合值与实验值的偏差最高达80%;采用收缩喷管流量公式对蒸汽质量流速进行修正,拟合值与实验值的偏差在±20%以内,由实验值拟合的新关系式的预测误差在±10%以内。      

含不凝性气体蒸汽浸没射流冷凝压力振荡实验研究

实验研究了不凝性气体（空气）含量、水温和蒸汽质量流速对蒸汽浸没射流冷凝压力振荡特性的影响,实验工况横跨冷凝振荡（CO）区和稳定冷凝（SC）区。结果表明：对于纯蒸汽射流,压力振荡主频随水温的升高而降低,振荡强度随水温的升高而升高;在CO区,振荡主频和振荡强度均随蒸汽质量流速的升高而升高;在SC区,振荡主频随蒸汽质量流速的升高而降低,振荡强度基本上不随蒸汽质量流速的变化而发生改变;对于含空气射流,随空气质量分数的增加,振荡主频总体呈下降趋势,振荡强度先迅速下降后小幅上升,在空气质量分数为0.05～0.1区域内振荡主频和振荡强度均存在极小值。