不凝性氣體驅(qū)動(dòng)的兩相自然循環(huán)流動(dòng)特性實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、福島核電事故以后，反應(yīng)堆的安全性備受關(guān)注。針對(duì)事故工況下安全殼的降溫降壓，新一代反應(yīng)堆中引入了非能動(dòng)安全殼冷卻系統(tǒng)（PCCS），該系統(tǒng)可以不借助外部動(dòng)力裝置，僅依靠自然循環(huán)等物理規(guī)律實(shí)現(xiàn)對(duì)安全殼的保護(hù)功能。鑒于氣泡泵的引入能大幅降低自然循環(huán)系統(tǒng)上升段的密度，提高自然循環(huán)能力，降低流動(dòng)不穩(wěn)定性，而氣泡間的典型行為（如聚合等）對(duì)上升段的空泡份額有顯著影響，空泡份額又密切關(guān)系著兩相密度及自然循環(huán)能力，因此，有必要對(duì)自然循環(huán)條件下氣泡聚合行為特

2、性及其對(duì)自然循環(huán)能力的影響進(jìn)行研究，為深入分析氣泡提升泵提升自然循環(huán)機(jī)理奠定基礎(chǔ)。
　　本文在自然循環(huán)條件下，采用高速攝影系統(tǒng)拍攝可視化管段，通過改變注氣量，對(duì)自然循環(huán)條件下的流型、上升段的氣泡間行為以及聚合機(jī)理對(duì)自然循環(huán)能力的影響進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)以水-空氣為工質(zhì)，采用自然循環(huán)的方式，在常溫常壓下進(jìn)行，注氣量范圍為0~4.0kg/h，實(shí)驗(yàn)儲(chǔ)水箱水位高度范圍為150mm~950mm。
　　通過可視化實(shí)驗(yàn)研究，本實(shí)驗(yàn)中的流型可

3、分為：泡狀流、彈狀流及攪混流。以液相雷諾數(shù)、氣相折算速度作為特征參量，分析液相湍流強(qiáng)度、氣相流量對(duì)流型特征、流型范圍的影響。隨后本文針對(duì)氣泡的個(gè)體行為特性，主要研究氣體流量、氣泡直徑、氣泡上升高度以及氣泡速度之間的關(guān)系，探討氣泡螺旋式上升運(yùn)動(dòng)的周期性規(guī)律。另外，本文將氣泡的聚合行為分為兩水平氣泡間和兩軸向氣泡間兩種情況，分析了氣泡的個(gè)體特性與氣泡聚合的關(guān)系。最后本文研究了氣泡群行為和氣泡聚合對(duì)回路自然循環(huán)能力的影響。結(jié)果表明，當(dāng)氣體質(zhì)量

4、流量小于0.5kg/h時(shí)，氣體流量與氣泡平均直徑之間存在著良好的線性關(guān)系，氣泡直徑隨著氣體流量的增加而不斷增大；當(dāng)氣體質(zhì)量流量大于0.5kg/h時(shí)，氣泡平均直徑不再線性變化，開始出現(xiàn)波動(dòng)，在3.5mm的直徑處上下浮動(dòng)。自然循環(huán)水流量是隨著氣體流量的增加而增大的，在氣體流量約小于1.3kg/h時(shí)，增大氣流量對(duì)自然循環(huán)能力的提升效果較好；大于1.3kg/h之后，效果有所下降。
　　通過改變注氣量和水箱水位，本文研究了氣泡泵對(duì)自然循環(huán)能

5、力的提高效果。針對(duì)氣泡泵作用下的自然循環(huán)宏觀流動(dòng)特性，提出了自然循環(huán)平均流量隨系統(tǒng)注氣量變化的計(jì)算模型，結(jié)果表明：對(duì)于氣泡泵作用下的自然循環(huán)系統(tǒng)存在臨界注氣量，當(dāng)系統(tǒng)注氣量小于對(duì)應(yīng)的臨界注氣量時(shí)系統(tǒng)不能產(chǎn)生自然循環(huán)。臨界注氣量的大小與系統(tǒng)內(nèi)水箱水位高度有關(guān)：隨水位高度增加而減小。對(duì)于同一水箱水位高度而言，當(dāng)注氣量達(dá)到臨界注氣量值時(shí)，系統(tǒng)自然循環(huán)平均流量迅速增加，隨著注氣量的增加，系統(tǒng)平均流量增速減緩，曲線趨于平緩。通過建立理論計(jì)算模型發(fā)