自然循環(huán)系統(tǒng)水動力特性與動態(tài)行為數(shù)值分析.pdf

1、自然循環(huán)在諸如核反應(yīng)堆非能動安全設(shè)施、自然循環(huán)鍋爐、冷中子源系統(tǒng)、大型電機(jī)蒸發(fā)冷卻以及航天循環(huán)預(yù)冷等許多工業(yè)系統(tǒng)和領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用，因此其重要性日益受到關(guān)注。但由于自然循環(huán)的系統(tǒng)特性與局域傳輸特征間耦合、分布自然力驅(qū)動機(jī)制及非線性反饋形式較復(fù)雜，常規(guī)集總分析難以對自然循環(huán)許多特殊熱工水力現(xiàn)象與精細(xì)動態(tài)行為形成規(guī)律性認(rèn)識；同時(shí)，目前國內(nèi)外自然循環(huán)研究多以實(shí)驗(yàn)、理論分析為主，無論實(shí)驗(yàn)或分析手段都受到較多限制。 本文試圖結(jié)合特定自然循

2、環(huán)系統(tǒng)相關(guān)特點(diǎn)及其分析需求，基于有關(guān)模型與研究成果，以分析工具開發(fā)和機(jī)理研究為目標(biāo)，從數(shù)值計(jì)算和模擬入手，對相關(guān)自然循環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)熱工水力特性、瞬態(tài)傳輸與演化行為進(jìn)行研究。 全文主要分為兩部分： （1）自然循環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)水動力特性的數(shù)值分析 首先，針對典型兩相自然循環(huán)回路，基于均相模型，運(yùn)用非線性數(shù)值方法，研究兩相自然循環(huán)系統(tǒng)水動力特性，尤其是靜態(tài)流量漂移解圖，并結(jié)合相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，驗(yàn)證討論了實(shí)際流量漂移發(fā)生點(diǎn)。進(jìn)一步

3、分析了兩相自然循環(huán)系統(tǒng)在特定條件下靜態(tài)流量漂移機(jī)制及其遲滯效應(yīng)，及壓力、入口阻力等參數(shù)對系統(tǒng)水動力特征的影響。 其次，針對某簡化的超臨界壓力水自然循環(huán)與強(qiáng)制循環(huán)回路，結(jié)合超臨界水物性與動量能量傳輸特征，建立統(tǒng)一的一維水動力模型，運(yùn)用基于延拓的非線性數(shù)值方法進(jìn)行數(shù)值求解與分析。比較研究了超臨界壓力自然循環(huán)與強(qiáng)制循環(huán)的流量-熱負(fù)荷關(guān)系、系統(tǒng)輸熱特征，并討論了加熱段入口溫度、系統(tǒng)幾何、局部阻力、循環(huán)泵特性等參數(shù)對超臨界壓力水循環(huán)系統(tǒng)水

4、動力特征的影響。 （2）兩相自然循環(huán)系統(tǒng)瞬態(tài)熱工水力行為的數(shù)值模擬 針對工作于自然循環(huán)原理的某兩相循環(huán)預(yù)冷回路，采用一維兩流體模型，并耦合二維非穩(wěn)態(tài)壁面動力學(xué)模型，結(jié)合適用的多相傳輸本構(gòu)關(guān)系與工質(zhì)狀態(tài)方程，對系統(tǒng)自然循環(huán)的瞬態(tài)熱質(zhì)傳輸與動量傳遞過程進(jìn)行數(shù)理建模，進(jìn)而基于有限容積法、區(qū)域化求解技術(shù)與SIMPLE算法，進(jìn)行主控模型方程的耦合求解，得到回路中流動傳熱主要參數(shù)瞬態(tài)分布與演變規(guī)律。結(jié)合計(jì)算模擬結(jié)果，本文還分析討論了循