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超临界水堆复杂工况下动态行为研究(2007BC209805)

 

研究目标:反应堆正常运行中的参数扰动,启、停堆和变功率等的运行瞬变以及事故等工况都涉及超临界水的动态热工水力行为。一方面,在超高热力参数的动态条件下,微小扰动都会导致物性的剧烈变化,引起超临界水与燃料棒换热的强烈耦合,产生复杂的瞬态响应。另一方面,超临界水堆的运行瞬变和事故工况还涉及亚临界状态与超临界状态之间的过渡。跨临界区的传热传质机理变化巨大,使热质传输结构显示出强烈的尺度特征,流场呈多区域强时变分布特点。由此引起工况转变时多相(汽—液)和多区(亚临界—超临界)的混合,相关物理参数可能具有高度敏感性,产生局域传热的强化与恶化以及流动稳定性等重要问题。另外,在反应堆破口事故条件下,超临界下的壅塞流动特性将支配反应堆系统内冷却剂的装量和事故进程,对事故后果起重要影响。这些超临界水的动态热工水力行为,无论是在工程实践上还是在微观机理上,目前都缺乏清楚认识。因此,本课题以超临界水堆为背景,对反应堆动态条件下的各重要热工水力现象分别开展研究,采用实验研究与数值模拟相结合的方法,认识热质传输时空行为特征,建立描述它们的科学理论与方法。为制定超临界水堆设计和安全评定导则提供科学基础。

研究内容:

(1)超临界流动与循环稳定性机制及演化规律研究

进行不同条件下的超临界流动稳定性机理实验和理论研究,基于考虑动态驱动力、阻力特性影响与热功率分布等因素,初步建立超临界系统流动与循环稳定性图谱;研究稳定性在参数空间中的分布及不同类型稳定性之间的演变。建立流动稳定性的分析方法。

(2)瞬态流动传热特性与燃料棒包壳温度场的耦合规律研究

超临界压力下拟临界点附近剧烈变化的物性,引起超临界水与燃料棒换热的强烈耦合。研究高热通量、复杂流动条件下,燃料棒包壳轴向和周向壁温分布及动态变化情况,为燃料棒金属包壳的材料选择与应力分析提供依据。

(3)超临界壅塞流动机理研究

进行与失水喷放等事故相关的临界流动实验及理论研究,建立预测模型,为建立超临界水堆安全系统及安全分析方法奠定基础。

(4)跨临界区流动传热特性研究

通过正过渡和逆过渡的实验动态测量,开展跨临界区域传热、流动阻力和流动稳定性等试验研究;运用传统的边界层分析理论和方法,研究边界层的动态变化规律,研究物性的变化对传热、传质边界层和传热系数变化的影响;并利用扩充了超临界水物性数据库的三维CFD程序,分析热力学临界点附近正过渡和逆过渡过程中传热边界层、传质边界层的厚度和发展规律;

(5)系统动态特性参数的瞬态测量技术研究

在超临界水堆启动过程中或事故安注时,反映流动和传热特性的瞬态参数的测量技术研究。

 

承担单位:中国原子能科学研究院,清华大学、上海交通大学

课题负责人:陈玉宙

学术骨干:阮可强俞冀阳、杨珏、贾宝山、臧希年、杜开文、许国华、张曙民、肖泽军、    胡志华、赵爱虎 




 
 
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作者:admin 时间:2007/9/11 浏览次数:25915
 
 
 
 
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