【摘要】：當(dāng)核動(dòng)力裝置發(fā)生冷卻劑喪失事故時(shí),大量蒸汽會(huì)持續(xù)從破口噴出,可能導(dǎo)致安全殼因?yàn)槌瑴�、超壓而破損。故有必要布置諸如抑壓水池等壓力抑制設(shè)施或設(shè)備,將事故釋放的蒸汽引入到過冷水中進(jìn)行冷凝,從而抑制反應(yīng)堆安全殼內(nèi)壓力與溫度的升高,保證安全殼的完整性。本文以安全殼抑壓水池泄壓過程中的代表現(xiàn)象——直接接觸冷凝現(xiàn)象為主要研究對(duì)象,在噴管口徑50 mm、浸沒深度300 mm的實(shí)驗(yàn)裝置中,使用動(dòng)態(tài)壓力傳感器與熱電偶測(cè)量不同水溫、蒸汽質(zhì)量流速、不凝性氣體質(zhì)量份額條件下直接接觸冷凝的壓力振蕩與溫度分布,并結(jié)合之前的研究成果與實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,分析直接接觸冷凝喘振與泡狀冷凝的壓力波形特性、振蕩頻率特性、振蕩強(qiáng)度特性、管內(nèi)溫度與水柱振蕩特性以及水域熱分層特性。本文根據(jù)純蒸汽冷凝實(shí)驗(yàn)測(cè)得的壓力振蕩波形、振蕩頻率、振蕩強(qiáng)度特性以及觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,將蒸汽冷凝區(qū)域劃分為3個(gè)子區(qū)域:喘振冷凝區(qū)、喘振過渡區(qū)以及泡狀冷凝區(qū)。在喘振冷凝區(qū),蒸汽在噴管內(nèi)冷凝,喘振振蕩主要表現(xiàn)為喘振射流的壓力振蕩;該冷凝區(qū)域是喘振振蕩強(qiáng)度峰值最大的冷凝區(qū)域。在喘振過渡區(qū),蒸汽冷凝基本發(fā)生在管口,喘振振蕩表現(xiàn)為管口的蒸汽氣泡冷凝潰滅的壓力振蕩;該冷凝區(qū)域是喘振發(fā)生最為頻繁的冷凝區(qū)域,也是冷凝振蕩時(shí)均強(qiáng)度最大的冷凝區(qū)域。在泡狀冷凝振蕩區(qū),蒸汽冷凝發(fā)生在管口外,喘振現(xiàn)象不再明顯,冷凝振蕩主要表現(xiàn)為汽泡界面的往復(fù)運(yùn)動(dòng)與汽泡的破裂脫離;該冷凝區(qū)域是冷凝振蕩強(qiáng)度和頻率最小的區(qū)域,也是產(chǎn)生熱分層現(xiàn)象的主要區(qū)域。Aya基于球狀汽泡冷凝模型建立的冷凝振蕩特征頻率經(jīng)驗(yàn)公式在本實(shí)驗(yàn)中同樣能較好地預(yù)測(cè)冷凝振蕩的特征頻率,誤差在±30%以內(nèi)。Aya的球狀汽泡冷凝模型適用的噴管口徑范圍由30 mm拓展至本實(shí)驗(yàn)的50 mm。在含不凝性氣體蒸汽的冷凝實(shí)驗(yàn)中,不凝性氣體對(duì)冷凝喘振振蕩現(xiàn)象的發(fā)生有較強(qiáng)的抑制作用,喘振振蕩峰值強(qiáng)度顯著降低。但少量不凝性氣體(質(zhì)量份額4%以下)的摻入會(huì)加劇水域的熱分層現(xiàn)象。隨著不凝性氣體質(zhì)量份額超過4%,水域攪混能力增強(qiáng),熱分層現(xiàn)象消失。
【圖文】：

第 1 章 緒論第1章 緒論1.1 研究背景沸水反應(yīng)堆(BWR, Boiling Water Reactor)所使用最多的三種壓力抑制型安全殼[1]別為：MARK I 型、MARK II 型以及 MARK III 型，其主要結(jié)構(gòu)示意圖如圖 1.1 所示隨著對(duì)反應(yīng)堆輸出功率需求的逐步提升，反應(yīng)堆一回路能量密度也迅速增大，當(dāng)發(fā)生卻劑喪失事故(LOCA, Loss Of Coolant Accident)[2-3]時(shí)，將有大量蒸汽持續(xù)從破口噴出故有必要布置諸如抑壓水池等壓力抑制設(shè)施或設(shè)備，將安全殼內(nèi)的蒸汽引入到過冷水進(jìn)行冷凝，從而抑制反應(yīng)堆安全殼內(nèi)壓力與溫度的升高，，進(jìn)而保證核電廠第三道屏障完整性。本文研究對(duì)象—直接接觸冷凝(DCC, Direct Contact Condensation)正是諸如抑水池等壓力抑制設(shè)備中所廣泛使用的蒸汽冷凝手段。

（1）管口處的蒸汽汽泡冷凝潰滅或管內(nèi)汽-液界面處的蒸汽冷凝形成局部負(fù)壓(真)，水在真空度驅(qū)使下被吸入管內(nèi)。流體在被吸入管內(nèi)的過程中，汽液面處的蒸汽與汽泡潰滅仍在進(jìn)行，汽液面附近水溫持續(xù)升高，由于管內(nèi)流體攪混空間較小，使汽液面附近出現(xiàn)嚴(yán)重的熱分層。（2）隨著冷凝界面水溫逐漸接近飽和溫度，蒸汽冷凝換熱系數(shù)降低，蒸汽冷凝的真空度減小，同時(shí)由于流體的慣性作用，水柱仍會(huì)繼續(xù)向上運(yùn)動(dòng)，壓縮蒸汽空間終動(dòng)壓全部轉(zhuǎn)化為蒸汽靜壓，隨后蒸汽推動(dòng)汽液面將管內(nèi)水柱推射出管口，形成喘流。（3）在射流過程中，由于流體噴射的慣性作用蒸汽被夾帶射出，在管口形成單尺寸汽泡。此時(shí)，蒸汽汽泡浸沒在高過冷度流體環(huán)境中，致使蒸汽泡冷凝潰滅、多體發(fā)生撞擊，形成壓力沖擊波。（4）蒸汽氣泡冷凝潰滅后，高過冷度流體在蒸汽冷凝負(fù)壓的推動(dòng)下被再次吸入并重復(fù)上述過程。至此，該連續(xù)過程即為發(fā)生一次喘振現(xiàn)象。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TL364.3

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本文編號(hào)：2614620