【摘要】：高溫氣冷堆內石墨粉塵運動行為對于反應堆的安全運行具有重要的意義,石墨粉塵跟隨氦氣流動過程中,在反應堆一回路不同部位和設備表面的沉積將影響這些部件的熱工水力性能,給其維護和檢修帶來不便。其中,一回路中很多重要的換熱部件均存在溫度梯度,石墨粉塵由于溫度梯度所受到的熱泳力對其運動和沉積有重要的影響�；诖�,本文針對石墨粉塵在溫度梯度邊界層內的沉積進行了實驗研究以及針對高溫氣冷堆中兩個重要的換熱結構開展相應的數值模擬,擬為高溫氣冷堆內石墨粉塵沉積問題的控制和解決提供了幫助。主要研究結論如下:溫度梯度邊界層中石墨粉塵沉積實驗研究表明:石墨粉塵在兩段試驗段的總沉積效率以及第一段試驗段的沉積效率均隨著入口溫度的上升和管內雷諾數的下降呈上升趨勢,第二段管的沉積效率隨著管內雷諾數的增加而減小。由于管內氣體與壁面的換熱主要集中在第一段實驗段中,因此對于第一段實驗段而言,石墨粉塵在其內的沉積主要受到熱泳沉積以及流體流動本身帶來的顆粒沉積兩方面的影響;而對于第二段實驗段而言,由于管內并沒有存在明顯的溫度梯度邊界層,此時石墨粉塵的沉積主要是管內流體流動本身帶來的顆粒沉積造成。針對回熱器中石墨粉塵沉積行為數值模擬研究表明:直通道模型中石墨粉塵的沉積主要是熱泳沉積,隨著顆粒粒徑和入口速度的上升,石墨粉塵沉積效率由于趨壁運動趨勢和模型內運動時間的減小而呈下降趨勢;鋸齒型模型中石墨粉塵的沉積主要是慣性沉積,隨著模型復雜程度,顆粒粒徑以及流體入口速度的增加,石墨粉塵的沉積效率呈上升趨勢。直通道模型內熱泳沉積的份額在90%以上,而鋸齒型模型內熱泳沉積的份額大約為5%。綜合考慮傳熱流動性能以及石墨粉塵的沉積規(guī)律表明,對于實際應用,選擇翅片長度適中的鋸齒型型板翅回熱器結構更有利。針對三種簡化的堆芯結構模型中石墨粉塵沉積行為數值模擬研究表明:球床結構顆粒的沉積主要是慣性沉積以及湍流沉積,由于燃料球表明的溫度高于流體溫度,所以溫度梯度邊界層內的熱泳力對于石墨粉塵的沉積具有抑制作用,面心立方結構中的抑制作用最明顯。簡單立方模型內顆粒沉積效率與體心及面心立方模型相比,由于流道簡單,沉積效率明顯低很多。隨著球床層數以及顆粒粒徑的增加,顆粒的沉積效率呈增加趨勢,但在簡單立方結構內效率增加并不明顯。由于流體速度分布存在渦流,石墨粉塵在模型內的運動軌跡也存在渦狀結構。三種模型中石墨粉塵沉積效率最高的是體心立方結構,最低的是簡單立方結構。
【學位授予單位】：清華大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TL424
【圖文】：

球形燃料元件結構

（1-3）圖1.2 熱泳力示意[11]式（1-2）與（1-3）中η為氣體的動力粘度，ρg為氣體的密度，ka和kp分別為空氣和顆粒的熱導率。Batchelor 等人[12]通過理論分析和數值計算，研究了當摻雜顆粒的高溫氣體流經低溫壁面上方時，顆粒在熱泳力作用下的運動情況與溫度梯度，溫度邊界層，速度邊界層等之間的關系，并且提出了對應的熱泳沉積效率計算公式：η =PrKthTW(TeTW)(1 (1 PrKth)(TeTWTW)) （1-4）式（1-4）中 Pr 為普朗特數，Te為氣體進口溫度，TW為壁面溫度

112.1.2 試驗段如圖2.2所示，試驗中采用的試驗段為總長2米的環(huán)管結構，內管內徑為8mm，外徑為 10mm，外管內徑為 26mm，外徑為 28mm。實驗過程中，高溫氣溶膠在內徑為 8mm 的細管內部流動，細管與粗管之間的環(huán)形管道內部通入由恒溫水箱來的溫度為 10℃的恒溫水

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

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相關博士學位論文 前1條

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相關碩士學位論文 前3條

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本文編號：2753080