密度鎖機理研究.pdf

1、密度鎖是一種非能動設(shè)備，它的作用相當于閥門，但是工作原理卻不同于閥門。密度鎖內(nèi)沒有任何活動部件，從關(guān)閉狀態(tài)到打開的過程中不需要任何操縱人員的干預也不需要外部動力源，僅僅依靠系統(tǒng)內(nèi)工作介質(zhì)本身特性的改變來實現(xiàn)流體通路的截止或連通。因此，掌握密度鎖技術(shù)及其設(shè)計方法，對進一步提高我國核電站的安全性有著非常重要的意義。
　　 本文通過實驗研究與理論分析相結(jié)合的方法，對密度鎖技術(shù)及其設(shè)計方法進行了研究。首先根據(jù)密度鎖的工作環(huán)境，遵循由簡單

2、到復雜的原則，把密度鎖的工作條件分為4種：不存在外界擾動的靜態(tài)條件；密度鎖上方存在水平剪切流動的水平擾動條件；密度鎖內(nèi)分層界面存在豎直振蕩運動的豎直振蕩條件；以及綜合考慮水平擾動和豎直振蕩的綜合條件。然后，依次對各條件下密度鎖進行實驗研究，分析各參數(shù)對密度鎖的影響。最后，總結(jié)研究結(jié)果，提出密度鎖設(shè)計方法，并進行樣機結(jié)構(gòu)設(shè)計。主要工作和結(jié)果如下：
　　 (1)根據(jù)密度鎖的功能提出密度鎖的工作要求，確定研究步驟；建立密度鎖研究實驗臺

3、，并對靜態(tài)條件下密度鎖特性進行研究。研究結(jié)果表明：靜態(tài)條件下密度鎖內(nèi)可以形成非常明顯的分層，并且分層穩(wěn)定性好，溫度梯度大；通過對密度鎖內(nèi)傳熱傳質(zhì)進行分析，證明了靜態(tài)條件下的分層能滿足隔離密度鎖兩側(cè)流體的要求，并得到在設(shè)計密度鎖結(jié)構(gòu)時需滿足的一個條件。
　　 (2)在靜態(tài)條件實驗臺基礎(chǔ)上進行改造，建立模擬密度鎖上方存在水平剪切流動的水平擾動條件實驗臺；通過改變流速、溫差和結(jié)構(gòu)等因素，研究各因素對密度鎖的影響。研究結(jié)果表明：密度鎖可

4、以分為混合區(qū)，分層區(qū)和恒溫區(qū)，其中分層區(qū)又分為強分層與弱分層，分層界面位于混合區(qū)與分層區(qū)之間；在分區(qū)模型的基礎(chǔ)上，把密度鎖內(nèi)溫度場分為A、B、C、D和E等5類，其中B類溫度場最佳，是密度鎖正常工作時的最佳選擇；當水平流速較小時，分層形成后的溫度梯度大，溫度場接近靜態(tài)條件下的溫度場；當水平流速較大時，分層形成的較晚且溫度梯度較??；當水平流速超過某一臨界值時，密度鎖內(nèi)無法形成分層或分層很快消失，密度鎖失效；溫差的增大，導致分層溫度梯度增大，

5、密度鎖穩(wěn)定性增強；柵格結(jié)構(gòu)能增強密度鎖的抗擾動能力，使分層形成位置靠上；建立水平擾動條件下密度鎖內(nèi)傳熱模型，并與實驗數(shù)據(jù)對比進行驗證。
　　 (3)在水平擾動條件實驗臺基礎(chǔ)上進行改造，建立模擬密度鎖內(nèi)分層界面存在上下振蕩的豎直振蕩條件實驗臺，通過實驗研究豎直振蕩過程中振幅、頻率、溫差和結(jié)構(gòu)等因素對密度鎖的影響。研究結(jié)果表明：豎直振蕩過程使密度鎖內(nèi)換熱方式發(fā)生了轉(zhuǎn)變，從導熱變?yōu)閷α鲹Q熱，強化了密度鎖向外界散熱，從而導致在振蕩速度較