核反應(yīng)堆堆芯上腔室冷卻劑三維溫度振蕩現(xiàn)象研究.pdf

1、由于來(lái)自核反應(yīng)堆堆芯不同通道的冷卻劑溫度存在差異,當(dāng)它們?cè)谏锨皇一旌蠒r(shí),將產(chǎn)生復(fù)雜的溫度振蕩現(xiàn)象。這種現(xiàn)象可能不僅引起堆內(nèi)構(gòu)件的熱疲勞與熱老化,而且影響堆芯出口溫度的測(cè)量精度,影響核電站的控制與保護(hù)動(dòng)作,干擾其正常運(yùn)行。因此,詳細(xì)研究堆芯上腔室冷卻劑三維溫度振蕩現(xiàn)象具有重要意義。
　　本課題采用實(shí)驗(yàn)測(cè)量和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法,對(duì)核反應(yīng)堆堆芯上腔室冷卻劑三維溫度振蕩開(kāi)展研究,分析不同幾何結(jié)構(gòu)、進(jìn)口溫度、進(jìn)口速度、進(jìn)口冷熱流速比及流體

2、物性等因素對(duì)三維溫度振蕩的影響特性,包括: 第一,針對(duì)堆芯上腔室復(fù)雜的幾何結(jié)構(gòu),建立同軸噴射流入口四周溢流出口的絕對(duì)軸對(duì)稱(chēng)試驗(yàn)段,并搭建以水為流動(dòng)介質(zhì)的熱工水力實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。在溫度的實(shí)驗(yàn)測(cè)量中,自主設(shè)計(jì)可自由移動(dòng)的熱電偶橋架,便于流場(chǎng)溫度的三維測(cè)量;在速度場(chǎng)的測(cè)量中,采用無(wú)干擾流場(chǎng)的粒子圖像測(cè)速方法,獲得二維完整的速度矢量場(chǎng);
　　第二,基于流體瞬態(tài)溫度及速度的實(shí)驗(yàn)測(cè)量,分析試驗(yàn)段徑向、周向及軸向流體的三維溫度振蕩空間分布特性,突破

3、國(guó)際上原有的二維實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果,從三維尺度更準(zhǔn)確把握流體溫度振蕩的特性;針對(duì)試驗(yàn)段不同進(jìn)口溫度、進(jìn)口速度、進(jìn)口冷熱流速比等因素,對(duì)流體三維溫度振蕩的敏感性進(jìn)行分析; 第三,基于FLUENT軟件,對(duì)國(guó)際普遍采用的平行三噴口模型產(chǎn)生的溫度振蕩進(jìn)行數(shù)值模擬,并與日本實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較,相互驗(yàn)證結(jié)果的正確性;選取目前應(yīng)用較為廣泛的湍流模型,雷諾平均法(RANS法)(標(biāo)準(zhǔn)κ-ε模型和雷諾應(yīng)力模型RSM)和大渦模擬(LES)方法,對(duì)同軸噴射流引起的溫

4、度振蕩進(jìn)行數(shù)值模擬,通過(guò)三維尺度溫度場(chǎng)及速度場(chǎng)的比較,全面驗(yàn)證LES方法是模擬溫度振蕩現(xiàn)象的有效湍流模型;對(duì)同軸噴口模型及平行三噴口模型中產(chǎn)生的溫度振蕩進(jìn)行數(shù)值模擬,分析不同幾何結(jié)構(gòu)對(duì)三維溫度振蕩的影響效應(yīng),結(jié)果顯示同軸噴口模型內(nèi)流體溫度振蕩現(xiàn)象是三維的,而平行三噴口模型內(nèi)流體溫度振蕩現(xiàn)象則是二維的; 最后,基于同軸噴口模型,以中國(guó)實(shí)驗(yàn)快堆堆芯出口冷卻劑參數(shù)作為數(shù)值模擬邊界條件,分析不同進(jìn)口溫差及流量工況下液態(tài)金屬鈉溫度振蕩的振幅及頻