GASFLOW中气溶胶再悬浮模型与RnR模型对比研究

以用于RnR模型验证的气溶胶再悬浮试验的设计参数及条件为基础，利用GASFLOW程序构建分析模型进行模拟计算，并与RnR模型的计算结果和试验数据进行对比。研究结果表明：在发生再悬浮的主要阶段，GASFLOW能较好地模拟气溶胶再悬浮行为；在较低气流速度的条件下，RnR模型分析结果更接近试验数据；在较高气流速度的条件下，GASFLOW再悬浮模型分析得出的结果更加保守。为提升计算结果的准确性，建议加入对黏附力概率分布特性的考虑，并进一步研究在GASFLOW中开发RnR模型的可行性。     

基于STORM实验的气溶胶再悬浮模型适用性分析

事故工况下,安全壳内已经沉降的气溶胶由于气流扰动等原因可能发生再悬浮现象,文章中基于STORM(Simplified Test Of Resuspension Mechanism)实验结果对气溶胶再悬浮力学平衡模型适用性进行评估。针对实验建立分析模型,研究了Wichner力学平衡模型中扰动力系数、沉积表面粗糙度和Michael力学平衡模型中沉积表面微凸体之间的距离的影响。通过对比分析模型预测结果与实验测量结果,评估模型的适用性。结果表明:Wichner力学平衡模型更适用于预测气溶胶粒径较小时,较大扰动气流速度区间内的再悬浮行为。     

核电站中气溶胶再悬浮的CFD研究

利用三维计算流体力学程序GASFLOW分析了气溶胶的再悬浮行为。通过拉格朗日粒子模型计算得出再悬浮率,并将所得结果与集总参数程序ASTEC的计算结果与国际标准例题中的STORM试验台架测试的SR11试验结果进行对比。计算结果表明,GASFLOW程序能较好地模拟气溶胶的再悬浮行为,且相对于集总参数程序而言,能清晰直观地展示不同时刻气溶胶的位置分布,可为压水堆核电站严重事故条件下的气溶胶行为分析提供参考。     

核电站中气溶胶再悬浮的CFD研究

利用三维计算流体力学程序GASFLOW分析了气溶胶的再悬浮行为。通过拉格朗日粒子模型计算得出再悬浮率,并将所得结果与集总参数程序ASTEC的计算结果与国际标准例题中的STORM试验台架测试的SR11试验结果进行对比。计算结果表明,GASFLOW程序能较好地模拟气溶胶的再悬浮行为,且相对于集总参数程序而言,能清晰直观地展示不同时刻气溶胶的位置分布,可为压水堆核电站严重事故条件下的气溶胶行为分析提供参考。     

气液并流向下通过筛板孔口的液膜厚度模型

通过孔口的收缩-膨胀增强气液接触是强化气液两相传热传质的重要方式，其中孔口边缘的液膜厚度则是建立气液两相传递过程动力学模型的关键参数。基于孔口流动时的气液相力平衡原理，建立了气液两相并流向下通过孔口的液膜厚度模型，并将模型预测的液膜厚度与管道环状流液膜厚度进行了对比分析，表明了新模型的有效性和广泛适用性。基于新建液膜模型，从流体受力的角度分析了气液流量、液相运动黏度以及孔口直径等参数对液膜厚度的影响。结果表明：随气相流量提高，气液界面速度增大，气液界面剪切力增强，无因次液膜厚度随之减薄；液相流量增大，气相流通面积减小，气相流速增大，尽管气液界面剪切力及气液界面速度均有所增大，但液量的直接增量最终导致无因次液膜厚度增厚；液相运动黏度增加，尽管气液界面剪切作用增强，但气液界面速度减小，液膜厚度增厚；相同流量下，孔口直径增大，气液界面剪切力及气液界面速度均减小，液膜厚度随之增加。     

等离子切割产生的放射性气溶胶的捕集固定试验研究

针对核设施退役中等离子切割解体设备产生的放射性气溶胶及松散污染,应用雾化固定的方法对其进行控制。工程应用研究试验的结果表明,降低固定剂的表面张力可减小固定剂雾化后的雾滴粒径,对捕集放射性气溶胶粒子有利;增大固定剂的粘度可增加松散污染的固定效果。现场验证试验的结果表明,工程应用研究所筛选的固定剂配方对于退役现场较高浓度的α放射性气溶胶具有较好的捕集效果,并能在一定时间内固定松散污染,有效降低人员扰动造成的再悬浮。     

微流体惯性撞击器气溶胶过滤行为研究

微流体惯性撞击器可作为安全壳过滤排放系统的第一级过滤装置，实现严重事故后安全壳快速泄压并对壳内放射性气溶胶进行初效过滤。为了探究惯性撞击器内气溶胶的过滤行为，开展可视化实验对气溶胶在惯性撞击器内的沉积分布进行研究。研究表明，可视化实验能反映撞击器内气流流向及气溶胶运动轨迹。气溶胶在过滤单元处的沉积位置主要集中在过滤单元的上表面及微流道的内壁面，过滤效率可达60%以上。同时，由于撞击器通道表面特性随气溶胶的沉积而改变，容尘条件下的气溶胶过滤效率逐渐增加。而当惯性撞击器内载气流速大于临界值时，过滤效率会因气溶胶的再悬浮而降低。     

不同流型下气溶胶水洗效果影响因素实验研究

在核电厂严重事故下，安全壳内混合气体通过喷射器注入到乏燃料水池中以降低安全壳超压失效的风险，同时减少放射性向环境的释放。本文建立了气溶胶水洗去除实验装置，研究水池对气溶胶的去除机制。开展了不同流型下通过喷射器的混合气体质量流率对气溶胶水洗净化系数(DF)的影响以及蒸汽冷凝对气溶胶去除效果的影响。结果表明：在注入流型为射流的情况下，由于射流注入区液滴拦截和惯性碰撞去除机制的增强，导致DF随着质量流率的增大而增大；在注入流型为气泡流的情况下，上升区气溶胶去除占主要作用，随着质量流率增大，气泡上升速度增快，导致气泡在水池内运动时间减少，DF降低。同时，在蒸汽存在的情况下，气溶胶去除效果明显增强，蒸汽冷凝是气溶胶去除的主要机制。     

某污染区含钚再悬浮气溶胶的粒度特征

实验采集了某污染区的土壤和分级气溶胶样品,分析了其中239Pu的含量,研究了含钚再悬浮气溶胶的粒度特征,并结合土壤风蚀机理对核素再悬浮的过程进行了讨论。研究表明:在未扰动情况下,239Pu的活度中值空气动力学直径均值为3.1μm;在扰动情况下,大颗粒的浓度显著增加,而小颗粒中的239Pu的比例明显下降;239Pu的典型粒度分布样式基本符合文献提出的137Cs的部分粒度分布样式;再悬浮气溶胶中的239Pu的富集因子在0.002~0.2,与粒径的关系不显著。     

佩戴防尘口罩对吸入气溶胶粒度影响的实验研究

本文介绍了应用级联撞击器和佩戴口罩的人头模型在天然铀燃料元件加工现场测定吸入气溶胶粒度的方法。结果表明,佩戴口罩使得吸入气溶胶的活度中值空气动力学直径(AMAD)变小,并且吸入气溶胶的 AMAD 值与场所气溶胶的 AMAD 值有一定关系,粒径分布类型也发生改变。文中还报告了口罩的漏过率有随微尘粒径减小而增大的趋势。实验结果对内照射剂量估算以及评价口罩的防尘能力有一定的参考价值。     

Analysis of Aerosol Resuspension under Severe Accident by ECART Model

Utilizing ECART model in resuspension module of CABSA code developed by China Institute of Atomic Energy, the SR11 test in STORM project was calculated and the features of aerosol resuspension under severe accident of nuclear power plant were analyzed. The result shows that all the forces on aerosol increase with aerosol diameter, drag force and burst force increase faster than adhesive force and gravity force. Aerosol with larger diameter has greater resuspension rate. Fluid velocity above structure can affect drag force and burst force, the increment of velocity can enlarge both the forces, and make the resuspension rate increase. By taking this advantage, the drag force and burst force can be reduced by reducing the fluid velocity above structure, and finally decrease the release of fission product to the environment.     

Comparative Study between Aerosol Resuspension Model in GASFLOW and RnR Model

Based on the design parameters and conditions of the aerosol resuspension test for the validation of the RnR model, an analysis model was built by using GASFLOW code for calculation and simulation, and the results were compared with the calculation results of RnR model and the test data. The study results show that GASFLOW can simulate aerosol resuspension well in the main stage of resuspension. Under the condition of lower air velocity, the analysis results of RnR model are closer to the test data. Under the condition of higher air velocity, the results of GASFLOW model are more conservative. In order to improve the accuracy of the calculation results, it is suggested to consider the probability distribution characteristics of adhesion, and carry out further study on the feasibility of developing RnR model in GASFLOW.     

高温气冷堆蒸汽发生器中石墨粉尘重悬浮规律研究

高温气冷堆中石墨粉尘的运动规律对反应堆安全具有重要意义。本文采用数值模拟方法计算得到蒸汽发生器中的流场分布,在此基础上分析了蒸汽发生器中石墨粉尘重悬浮的规律。结果表明,对于粒径为0.1 μm的石墨粉尘,粉尘的重悬浮率几乎为0,对于粒径为1 μm以上的石墨粉尘,随着氦气流速的增大,蒸汽发生器中石墨粉尘的重悬浮率增大;在相同氦气流速下,随着石墨粉尘粒径的增大,石墨粉尘重悬浮率增大。     

高温颗粒在液面下运动的蒸发阻力模型

在蒸汽爆炸的粗混合过程中,由于液体的快速蒸发,高温颗粒周围会产生一层很薄的蒸汽膜,此时高温颗粒周围的边界层流动与没有液体蒸发时有很大差别.因此,采用常温情况下颗粒在连续液体中运动时的阻力模型是不适用的.本文通过受力分析,考虑高温颗粒受力的分布及表面蒸发对颗粒运动的影响,提出了单个高温颗粒在液面下运动时的蒸发阻力模型.理论分析表明,蒸汽膜的厚度对阻力大小有很大的影响,在蒸汽膜的生长初期,除了相对速度较高的情况,蒸发阻力要大于一般阻力模型的计算值.计算结果表明,除非初始汽膜厚度或相对速度很大,否则计算高温颗粒在液面下运动的阻力时必须要考虑蒸发阻力.     

Turbulent drag reduction by spanwise slot blowing pulsed plasma actuation

This work studies the turbulent drag reduction (TDR) effect of a flat plate model using a spanwise slot blowing pulsed plasma actuator (SBP-PA). Wind tunnel experiments are carried out under a Reynolds number of 1.445 × 104. Using a hot-wire anemometer and an electrical data acquisition system, the influences of millisecond pulsed plasma actuation with different burst frequencies and duty cycles on the microscale coherent structures near the wall of the turbulent boundary layer (TBL) are studied. The experimental results show that the SBP-PA can effectively reduce the frictional drag of the TBL. When the duty cycle exceeds 30%, the TDR rate is greater than 11%, and the optimal drag reduction rate of 13.69% is obtained at a duty cycle of 50%. Furthermore, optimizing the electrical parameters reveals that increasing the burst frequency significantly reduces the velocity distribution in the logarithmic region of the TBL. When the normalized burst frequency reaches f+ = 2πfpd/U∞ = 7.196, the optimal TDR effectiveness is 16.97%, indicating a resonance phenomenon between the pulsed plasma actuation and the microscale coherent structures near the wall. Therefore, reasonably selecting the electrical parameters of the plasma actuator is expected to significantly improve the TDR effect.     

喷淋液滴在空气环境下的运动特性

本文以喷淋液滴在空气环境下运动特性为工程背景,建立单个液滴在常温、常压空气环境中的动量方程,分析液滴沉降特性、追赶特性及运动轨迹行为。计算结果表明,不同喷淋液滴初始条件下,短时间内存在重力大于曳力和重力小于曳力两种情况,但最终减速液滴均会达到受力平衡状态;液滴离开喷淋头后,垂向位移均迅速增大,液滴粒径越大、初始速度越大,垂向位移增长的速率也越大,达到相同位移的用时越短;液滴尺寸、初始速度相差越大,液滴追赶所用的时间越短,追赶位移越小,液滴尺寸、初始速度越接近,液滴追赶所用的时间越长,追赶位移越大;液滴初始速度越大、初始直径越大、喷射角度越大,横向速度消失越慢,达到的横向位移越大,喷射液滴覆盖的面积也越大。计算结果有助于优化工程实际中喷淋系统的设计与布置。     

大颗粒与壁面碰撞的离散单元法模拟与分析

颗粒与壁面碰撞普遍存在于散体物料输送过程,研究颗粒与壁面碰撞有助于优化输送系统、减小物料磨损或提高输送经济性。本文基于离散单元法(DEM),采用Hertz-Mindlin无滑移接触模型,对单个6mm直径大颗粒与壁面碰撞进行了数值模拟和分析,研究了碰撞速度、碰撞角度和剪切模量对碰撞过程和法向最大接触力的影响。研究结果表明,Hertz-Mindlin无滑移接触理论描述的法向接触过程具有自相似特性,法向卸载时长与法向加载时长比值为定值。模拟的接触时长与Thornton等的关系式预测值相符。碰撞速度和碰撞角度对碰撞过程中的法向最大接触力均有明显影响,法向最大接触力随法向碰撞速度的增加近似线性增加;碰撞速度不变时,法向最大接触力随碰撞角度的增大而减小。剪切模量对法向接触力具有重要影响,在考虑颗粒磨损和破碎的DEM模拟时,不宜采用降低剪切模量加快计算速度。本研究对颗粒磨损和破碎研究以及高温气冷堆吸收球气力输送过程优化均具有重要意义。     

Experimental and theoretical analysis of bubble departure behavior in narrow rectangular channel

Visual experimental study focusing on bubble growth and departure behaviors in a narrow rectangular channel was carried out in this paper. Deionized water was used as working fluid, and the experiment was performed at atmospheric pressure. The cross section of the narrow rectangular channel is 2 mm × 8 mm. A high speed digital camera was applied to capture the behaviors of bubble growth and bubble departure from the nucleation site. The bubble departure diameter, bubble inclination angle, upstream contact angle, downstream contact angle and bubble contact diameter were obtained according to the observation. An analysis of force balance on a growing bubble was performed to predict the bubble departure diameter in the narrow channel, and the effect of bubble interface parameters on the prediction of bubble departure diameters was discussed in this paper. The result of predicted model agrees well with the experimental result with a maximum relative deviation less than 25%. According to the study proposed in this paper, the mechanism of bubble departure from a nucleation site can be explained based on the force balance analysis of a growing bubble, and the major forces dominating the bubble departure are the buoyancy force, surface tension force and quasi-steady drag force.