容积控制箱稀释阶段射流混合的数值研究

作     者：张圣帅 

作者单位：山东大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王乃华

授予年度：2022年

学科分类：080802[工学-电力系统及其自动化] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：容积控制箱 射流混合 浓度分层 混合时间 

摘      要：容积控制箱,简称容控箱,是一回路化学与容积控制系统的一个重要装置。在核电站运行过程中,可通过在容控箱内进行硼化和稀释操作来控制一回路内的反应性。在容控箱内进行稀释操作时,以射流形式进入箱内的清水难以与原有的硼酸溶液快速混合,容控箱的出口浓度发生延迟,从而延缓了一回路的反应性控制。这不但增大了核电站运行的时间成本,而且会对堆芯的稳定性控制产生不利影响。为了解决这一问题,需要对容控箱稀释阶段的混合过程做出研究。本文对容控箱稀释阶段的射流混合过程进行了数值模拟。将模拟结果与实验数据进行了对比,验证了数值方法的可靠性。结合数值模拟结果,分析了不同混合模式下的混合特性与流动特性,并分析了不同射流参数、进出口布置、箱体形状对于混合的影响。根据进出口布置的不同,将容控箱结构分为侧入式与轴入式。研究了侧入式容控箱内稀释阶段的射流混合规律,发现箱内的混合主要依靠自由射流与壁面射流的夹带。研究发现,箱内的浓度分层现象会增大流动的阻力,改变流动的方向,从而增大混合时间与箱内的不均匀程度。提升入口流速可以很好地削弱分层现象,提升混合效率,尤其是在流速较小阶段。提升射流密度差会加重箱内的浓度分层,箱内甚至会出现双分层的现象。混合过程中射流会发生偏折,射流密度差是影响射流偏折的主要因素。研究了轴入式容控箱稀释阶段的射流混合规律,对比了不同进出口布置下的混合结果。在混合的前期,轴入式混合的效率更高,其中的上入式混合可以缩短分层工况的分层时间,下入式混合可以有效避免出口浓度不变的现象。在混合的后期,侧入式混合可以更快达到最低浓度。提升入口流速同样可以提升轴入式混合的效率。提升射流密度差会加剧上入式混合的分层现象,但对下入式混合影响较小。箱体形状对于轴入式混合的效率也有一定的影响,其中圆柱平底箱体可以有效减小箱内浓度分层的持续时间。