【摘要】：臨界熱流是出現(xiàn)傳熱惡化現(xiàn)象時當?shù)氐臒崃髦怠Ｔ诰圩兎磻?yīng)堆的第一壁、偏濾器結(jié)構(gòu)以及裂變反應(yīng)堆的棒束、下封頭結(jié)構(gòu)中,由于存在較高的熱流密度,在反應(yīng)堆瞬態(tài)運行或者事故條件下可能會出現(xiàn)沸騰臨界現(xiàn)象,從而帶來嚴重的后果。因此,對這些關(guān)鍵部位臨界熱流密度(CHF)的精確預(yù)測對反應(yīng)堆的設(shè)計和安全運行有著重要的意義。本文利用計算流體動力學方法(CFD)首次對帶有擾流片結(jié)構(gòu)的偏濾器流道的臨界熱流現(xiàn)象進行了分析,并同實驗結(jié)果進行了對比分析,高壓條件下,對帶有繞流片結(jié)構(gòu)的偏濾器冷卻流道在參照試驗設(shè)置的流量條件下CHF進行的模擬所得到的計算結(jié)果與實驗結(jié)果誤差較小。通過對144K、108K、72K、48K以及36K不同入口過冷度下CHF的計算,得出了針對該結(jié)構(gòu),入口過冷度對CHF的影響是非線性的結(jié)論,同時也發(fā)現(xiàn)了在較低過冷度下,由于單側(cè)面加熱以及螺旋流動的綜合影響使得CHF出現(xiàn)在加熱段的入口位置的"異常"現(xiàn)象。在上述基礎(chǔ)上以反應(yīng)堆下封頭外部冷卻流道為研究對象,針對弧形流道單側(cè)面加熱下的CHF,本文進行了兩相計算的模型敏感性分析,并對橢球和半球兩種不同形狀的弧形流道的CHF進行了研究和分析。結(jié)果表明靠近加熱壁面的首層網(wǎng)格高度、氣泡直徑以及成核密度等參數(shù)和模型的選取對臨界熱流模擬結(jié)果的準確性有著很大的影響,在幾類非曳力項中湍流耗散力對CHF計算結(jié)果的影響性最大。在基于相同的熱流分布和模型設(shè)置條件下,對半球型以及橢球型下封頭弧形流道在不同的角度處CHF的計算結(jié)果表明不同的下封頭外形只是對具體的CHF隨角度變化的曲線有一定影響,不會很大程度上增大或者減小CHF的數(shù)值。綜合本文對臨界熱流的計算,本文認為CHF的影響要素為:一是當?shù)氐臒崃髅芏刃枰_到一定的大小,二是當?shù)乇诿嫔戏e累一定程度的空泡份額。其中空泡份額的積累受上游功率累積以及氣泡在壁面上受力的影響,其大小隨當?shù)氐膬A角(對應(yīng)位置的切向角)變化而不同的。在上述兩種因素的作用下弧形表面的CHF值隨角度呈現(xiàn)出了較為復(fù)雜的變化規(guī)律。綜上所述,CFD方法可以用于復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)的CHF的初步預(yù)測,尤其是在高壓下的預(yù)測結(jié)果同實驗結(jié)果吻合良好,在低壓下由于氣泡直徑與成核密度等輔助模型并不完全適用于低壓條件,所以同實驗值存在較大差距,但是其獲得的變化規(guī)律仍然可供實驗和設(shè)計人員參考。目前正在開展子模型的完善工作,相信基于新的模型在數(shù)值上的差距將會進一步縮小。
【學位授予單位】：中國科學技術(shù)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TL33

【參考文獻】

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1 倪亮;自然循環(huán)中朝下曲表面臨界熱流密度試驗研究[D];上海交通大學;2013年

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本文編號：2654256