【摘要】：非能動(dòng)安注系統(tǒng)具有的固有安全特性使得反應(yīng)堆放射性物質(zhì)外泄的風(fēng)險(xiǎn)大幅降低,為了充分了解破口尺寸較小、蒸汽排出阻力較大的事故工況下向堆芯重力注水再淹沒(méi)過(guò)程中的熱工水力特性,本文開(kāi)展了以下三個(gè)方面的研究工作:(1)搭建了重力注水再淹沒(méi)實(shí)驗(yàn)裝置,運(yùn)用機(jī)理性程序RELAP5建立數(shù)值計(jì)算模型,初步模擬了實(shí)驗(yàn)裝置的重力注水再淹沒(méi)現(xiàn)象;依據(jù)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理設(shè)定數(shù)值試驗(yàn)工況,模擬預(yù)分析中發(fā)現(xiàn)重力注水再淹沒(méi)的過(guò)程中由于蒸汽堵塞效應(yīng)出現(xiàn)了持續(xù)的流動(dòng)振蕩,冷卻水周期性地注入、逐出、再注入;通過(guò)多因素影響分析找到了影響流動(dòng)振蕩關(guān)鍵物理量的主要因素,為實(shí)驗(yàn)研究的工況設(shè)定、實(shí)驗(yàn)參數(shù)取值提供了參考。(2)綜合利用數(shù)值模擬預(yù)分析結(jié)果和實(shí)驗(yàn)裝置參數(shù)范圍,基于“基準(zhǔn)工況+單因素對(duì)比”的實(shí)驗(yàn)方法確定了實(shí)驗(yàn)工況,并開(kāi)展了針對(duì)重力注水再淹沒(méi)過(guò)程的實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)“有顯著蒸汽堵塞效應(yīng)并伴有注入水逐出的再淹沒(méi)流動(dòng)振蕩現(xiàn)象”具有較強(qiáng)的規(guī)律性,其再淹沒(méi)流動(dòng)振蕩過(guò)程可以分為三個(gè)典型階段:第一壓力峰積蓄階段,劇烈振蕩階段和后續(xù)平穩(wěn)小幅振蕩階段;期間注入水流量、實(shí)驗(yàn)本體頂部汽腔壓力、加熱棒包殼壁面溫度等流動(dòng)傳熱參數(shù)呈現(xiàn)較強(qiáng)的周期性變動(dòng)的規(guī)律。其次,對(duì)重力注水再淹沒(méi)流動(dòng)不穩(wěn)定現(xiàn)象的典型特征進(jìn)行了分析歸納。(3)通過(guò)實(shí)驗(yàn)中各個(gè)影響因素作用機(jī)制的分析來(lái)探索重力注水再淹沒(méi)流動(dòng)振蕩現(xiàn)象的發(fā)生機(jī)理,發(fā)現(xiàn)較小入口形阻導(dǎo)致的初始大流量具有的強(qiáng)大流動(dòng)慣性是實(shí)驗(yàn)本體頂部汽腔能夠積聚起足以引起注入水逐出的壓力的直接原因,也是流動(dòng)振蕩重要的誘發(fā)因素;較大的出口形阻是實(shí)驗(yàn)本體頂部出現(xiàn)顯著蒸汽堵塞效應(yīng)的決定性因素,實(shí)驗(yàn)本體頂部汽腔積聚起能夠大于重力驅(qū)動(dòng)壓頭的第一壓力峰值是發(fā)生再淹沒(méi)流動(dòng)振蕩現(xiàn)象的先決條件;提高系統(tǒng)壓力和重力驅(qū)動(dòng)壓頭對(duì)抑制重力注水再淹沒(méi)流動(dòng)振蕩現(xiàn)象的效果非常明顯;注入水過(guò)冷度的減小抑制了重力注水再淹沒(méi)流動(dòng)振蕩現(xiàn)象,但同時(shí)也延長(zhǎng)了再淹沒(méi)過(guò)程持續(xù)的總時(shí)間;衰變熱功率在一定參數(shù)范圍內(nèi)影響不顯著。接著從系統(tǒng)流動(dòng)損失和蒸汽收支平衡的角度、驟冷極限區(qū)域分類(lèi)的角度兩方面進(jìn)行機(jī)理分析,得出再淹沒(méi)流動(dòng)振蕩是由重力注水初始大流量誘發(fā),由注入水流動(dòng)慣性和蒸汽壓縮的動(dòng)力效應(yīng)主導(dǎo),驟冷過(guò)程交替出現(xiàn)于對(duì)流支配區(qū)和導(dǎo)熱支配區(qū),導(dǎo)致高溫棒束熱量導(dǎo)出速率和蒸汽產(chǎn)生速率周期性地快慢交替的流動(dòng)不穩(wěn)定性�；谶@些分析,給出了一個(gè)半理論的臨界準(zhǔn)則,以及三條逐次遞進(jìn)的應(yīng)對(duì)策略。通過(guò)本文的研究,加深了對(duì)重力注水再淹沒(méi)流動(dòng)不穩(wěn)定現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)和了解,為非能動(dòng)安注系統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)和改進(jìn)提供參考和依據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TL364.4

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本文編號(hào)：2680478