熔融铅铋与水相互作用热工水力特性研究.pdf
《熔融铅铋与水相互作用热工水力特性研究.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《熔融铅铋与水相互作用热工水力特性研究.pdf(11页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、目前铅基快堆多设计为池式,使得在蒸汽发生器管道破裂事故发生时,二次侧高压水可能注射到液态金属池中,并与铅基冷却剂相互作用,即导致冷却剂与冷却剂之间的相互作用()发生,危害反应堆安全性及整体性。为研究射流水与熔融铅铋相互作用的热工水力现象,基于西安交通大学自主开发的 程序对 的小型实验台架进行模拟计算,并与实验结果进行对比验证。计算结果表明,射流水注入到液态铅铋()后形成空腔,之后经历空腔扩展、交界面处沸腾、空腔颈部受压缩及剧烈沸腾等过程,使得穿透深度在逐步加深到最大值后回降。初始温度及注水速度会对空腔发展过程及注水深度等产生相应的影响。本研究获得的结果对池式铅基快堆在蒸汽发生器管道破裂事故工况
2、下的热工水力分析研究具有重要意义。关键词:熔融铅铋合金;射流水;程序;冷却剂与冷却剂之间的相互作用()中图分类号:文献标志码:文章编号:()收稿日期:;修回日期:基金项目:中核集团“青年英才”项目;国家自然科学基金()通信作者:张大林:,(,;,):,(),(),(),():;()铅基快堆()作为第代核反应堆的种堆型之一,在发电、制氢以及燃料管理方面具有独特的优势。铅基合金密度高、换热性能好、具有较高的化学惰性和较硬的中子能谱,这些特点使得其作为快堆冷却剂时具备利于实现自然循环、提高中子经济性等优点,为反应堆提供了更好的安全性和可靠性。为了提高反应堆性能并简化反应堆布局,通常设计为池式,反应堆
3、主要部件包括堆芯、主泵以及蒸汽发生器等均布置在液态金属池中。蒸汽发生器管道破裂()事故是一个“多组分多相态耦合”的物理过程,发生时,可能导致堆池中液态金属铅铋与二次侧冷却剂即水相互作用。水在高压下射入高温液态铅铋池中,随即被加热致沸腾产生气泡,气泡被夹带进入堆芯或导致正反应性反馈,此外,压力波及铅池振荡也会威胁核反应堆的整体性及安全性。因此,研究 堆池中液态金属铅铋与二次侧水之间的相互作用,即冷却剂与冷却剂之间的相互作用()对于 的整体安全性至关重要。近年来已有一些学者基于 进行了实验模拟及数值分析。等采用熔融堆芯模拟物作为熔体,分别对水注入熔体及熔体注入水进行了实验模拟,以研究熔体冷却剂之间
4、的相互作用。等采用高频中子照相技术观察过冷水射流进入铅铋合金()熔池的动态俯冲行为,并对初始射流穿透速度与金属池直径之间的关系、最大穿透深度的影响因素以及最大空腔体积等进行分析。此外,等还通过实验研究了熔融铅铋合金落入空容器或含水容器中的热工水力现象并使用 程序进行了数值分析。增刊林悦等:熔融铅铋与水相互作用热工水力特性研究等通过开展熔融铅铋合金落入含水容器的实验,观察熔融及凝固合金与水和蒸汽之间的相互作用,并通过示踪粒子、利用粒子图像测速仪()测量了熔体中的速度分布。等使用中山大学开发的 设备将熔融铅铋合金释放到过冷水池中,进行了一系列可视化破碎 实 验 研 究。等基于 的 设备开展了研究水
5、与铅铋合金相互作用的实验,并用 程序进行数值 分 析。等使用 程 序 对 情况下水与熔融铅铋合金之间的相互作用进行数值分析,为评估其计算能力,对一个小型实验进行模拟,研究了水射流侵入熔融铅铋池中的情况,同时基于 的 设备进行了相应实验研究。等基于 设备,在熔融铅铋反应容器内注水,并通过 程序进行模拟,计算结果与实验数据一致性较好。等基于整体循环实验()配置中的 设施进行实验,以研究水与熔融铅铋合金之间的相互作用。等开展了以 不锈钢及钼铁为熔融物材料,水为冷却剂材料的热相互作用实验研究。等开发了 程序以模拟高温熔体与水之间的相互作用。等在分层熔体冷却剂配置中进行蒸汽爆炸现象研究,并使用 程序进行
6、全面的参数分析。目前铅基快堆的 多为实验研究,缺乏相应的理论模型及程序,基于具体模型开发相应的程序实现 的预测及分析对于 中 事故研究尤为关键。西安交通大学针对铅基快堆设计、基础实验、数值模拟、程序开发和安全分析开展了系统研究。于启帆等针对铅基快堆 事故,基于 台架,利用流体动力学()程序对汽水注射进液态金属铅铋进行研究,验证了 模型在模拟 事故的压力特性方面的准确性,并对铅池液位波动及气泡夹带现象进行模拟及分析。由于 事故是一个典型的多组分多相态多物理耦合过程和现象,在 实验的基础上,自主开发了针对液态金属快堆的多相态多组分多物理耦合分析程序 。本文基于西安交通大学自主开发的二维多相流体动力
7、学 程序,对射流水与熔融铅铋合金之间的相互作用进行数值模拟分析。数学物理模型 程序是一个多相多组分欧拉方法的流体动力学模型与和空间、能量相关的多物理耦合程序,可应用于铅铋与水相互作用的 研究,其流体动力学模块的具体数学物理模型包括以下基本控制方程及辅助模型。基本控制方程)质量守恒方程 程序中,液相质量守恒方程表示为如下形式:()()()气相质量守恒方程可类似地表示为下式:()()()式中:为体积分数;为密度;为速度矢量;下标表示液相,表示气相;为气相向液相的质量传递,且 。)动量守恒方程 程序中,液相动量守恒方程表示为如下形式:()(),(),()气相动量守恒方程可类似地表示为下式:()(),
8、(),()式中:为压力;为重力加速度;和 为相间速度。式()、()右端项依次表示压力梯度、重力、液体与壁面之间的阻力、液相与气相相互作用引起的界面处动量交换、相间传质引起的虚拟质 量 力 及 相 间 传 质 引 起 的 界 面 处 动 量交换。)能量守恒方程 程序中,液相能量守恒方程表示为如下形式:()()()原子能科学技术第 卷,()气相能量守恒方程可类似地表示为下式:()()(),()式中:为内能;式()、()右端项依次表示压力的压缩功、相间传热项、相间导热项、能量耗散、相间质量交换导致的能量交换以及化学反应和核加热导致的能量源项。辅助模型为求解控制方程,需要借助辅助模型以闭合方程。此部分
9、介绍 程序的辅助模型中的界面面积浓度模型、气液动量交换模型、流体与壁面间的阻力模型、虚拟质量力模型、界面传热系数模型、导热模型。)界面面积浓度模型界面面积浓度为单位体积计算域中两个接触相的界面面积,对于预测界面质量、动 量和能量 传 递 率 至 关 重 要。程 序 中 为 了 计 算 质量、动量和能量传递项,需要确定各相之间可能的二元接触面积,具体由对流界面面积和流型确定。程序中分别对池式流动和管内流动进行建模,对于池式流动对泡状流、弥散流和过渡流,管内流动基于空泡份额和液体夹带分数建模成种流型,包含泡状流、弥散流、弹状流、环状流及插值流动区等。程序的界面面积浓度对流方程基于 提出的界面面积浓
10、度的对流方程,并通过泡状流和弥散流之间的附加局部对流项避免空泡份额突变的影响,界面面积浓度的对流方程表示如下:,(,),(),(,),()式中:,和,分别为泡状流和弥散流区域中组分的对流界面面积;式()、()右边第项表示两个区域之间的扩散。由于流体动力破裂、闪蒸、湍流驱动的破裂、聚结以及液滴或气泡的产生导致的界面面积的变化被视为界面面积对流方程中的“源项”。之后利用对流界面面积、结构表面积、组分体积分数及物性计算二元接触面积。)气液动量交换模型连续液相和离散气相之间的界面动量交换主要由作用在界面上的黏滞力和阻力引起。气体和液体之间动量交换系数的一般形式可表示如下:()式中:为气液两相界面面积浓
11、度;为黏度;为气泡直径。式()右端两项分别反映了根据 定律的黏度效应及阻力函数和颗粒弛豫时间对界面阻力的影响。)流体与壁面间的阻力模型流体与壁面边界之间的阻力是流场摩擦压力损失的原因,对于壁面边界附近的单元至为重要。程序中以交换系数与流体速度的乘积来表示流体与壁面间阻力。连续液相、离散气相与壁面间的阻力分别表示如下:,(),()式中,、分别为连续液相、离散气相与壁面间的动量交换系数,项中忽略了黏性影响。)虚拟质量力模型在气液两相流中,当气泡相对于液相加速时,周围的液体质量也明显加速,这将在气泡和周围液体上产生“虚拟质量力”。考虑到虚拟质量力的来源,该力的大小应与诱导的液体质量和相对加速度成比例
12、,因此在气泡流动状态下,作用于气相的单位体积虚拟质量力形式定义为:,()()式中:为虚 拟 质 量 系 数,默 认 值 为 ;及分别为气相和液相的材料导数。由式()可看出,虚拟质量力的影响随着液体密度的增加而越来越显著,在本研究中,液态铅铋密度远大于气体密度,因此虚拟质量力是主要的界面阻力之一。)界面传热系数模型 程序中使用 模型增刊林悦等:熔融铅铋与水相互作用热工水力特性研究计算传热系数,气液两相间的传热系数关系式可表达为:()式中:为液相热导率;为努塞尔数,其使用的表达式为:()式中:、为常数系数;为相对雷诺数,为液相普朗特数,表达式分别如下:(),()式中,为液相的比定压热容。)导热模型
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 熔融 相互作用 水力 特性 研究
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。