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)它們在上腔室混合時,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量精度,影響核電站的控制與保護(hù)動作,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。
　　本課題采用實驗測量和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法,對核反應(yīng)堆堆芯上腔室冷卻劑三維溫度振蕩開展研究,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、物性等因素對三維溫度振蕩的影響特性,包括: 第一,針對堆芯上腔室復(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軸對稱試驗段,并搭建以水為流動介質(zhì)的熱工水力實驗平臺。在溫度的實驗測量中,自主設(shè)計可自由移動的熱電偶橋架,便于流場溫度的三維測量;在速度場的測量中,采用無干擾流場的粒子圖像測速方法,獲得二維完整的速度矢量場;
　　第二,基于流體瞬態(tài)溫度及速度的實驗測量,分析試驗段徑向、周向及軸向流體的三維溫度振蕩空間分布特性,突破

3、國際上原有的二維實驗研究結(jié)果,從三維尺度更準(zhǔn)確把握流體溫度振蕩的特性;針對試驗段不同進(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,對國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,并與日本實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行比較,相互驗證結(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,對同軸噴射流引起的溫

4、度振蕩進(jìn)行數(shù)值模擬,通過三維尺度溫度場及速度場的比較,全面驗證LES方法是模擬溫度振蕩現(xiàn)象的有效湍流模型;對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,以中國實驗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