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基于JFNK的两流体三流场两相流模型的全隐算法研究

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核技术 2022年第4期45卷 88-96页

作者：樊杰吴和鑫苟军利单建强西安交通大学核科学与技术学院西安710049

目前以两流体三流场两相流模型为数学模型的核反应堆安全分析程序大都采用半隐数值算法,数值稳定性受声速库伦特值的影响。少数以两流体三流场模型和全隐数值算法为基础的程序,采用经典牛顿迭代法求解,雅克比矩阵形成具有一定的难度。... 详细信息

目前以两流体三流场两相流模型为数学模型的核反应堆安全分析程序大都采用半隐数值算法,数值稳定性受声速库伦特值的影响。少数以两流体三流场模型和全隐数值算法为基础的程序,采用经典牛顿迭代法求解,雅克比矩阵形成具有一定的难度。为了改善数值算法的稳定性且避免书写雅克比矩阵,一种无需形成雅克比矩阵的牛顿-Krylov迭代法(Jacobian-free Newton-Krylov,JFNK)被用于两相流全隐数值算法。两流体三流场两相流模型分别对汽相、液相和液滴相建立守恒方程,使用基于交错网格和有限体积差分全隐式离散守恒方程,线性方程组使用JFNK算法求解,当相缺失时,给缺失相一个很小的份额,以解决使用三流场模型计算单相、两相两流场时遇到的数值问题。程序模拟了Ransom水龙头数值基准题、过冷沸腾实验和Dryout传热实验,以验证了数值处理的可行性、数值算法的精度以及程序计算单相、单相到两相过渡以及两相流型之间过渡的可行性和模型计算精度。结果表明:数值算法精度较高,在从单相水、泡状流、弹状流、环雾流、弥散流等流型过渡时都表现得很好。

关键词：两流体三流场模型全隐算法 JFNK算法半隐预处理

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非能动余热排出系统的瞬态特性数值分析

西安交通大学学报 2006年第5期40卷 605-608页

作者：苟军利秋穗正樊普贾斗南西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室西安710049

对用于新型压水堆非能动余热排出系统的热工水力特性进行了理论分析.该系统利用3个相互耦合回路的自然循环把停堆后的堆芯余热排出.在一维质量、动量和能量守恒方程的基础上建立了非能动余热排出系统的数学模型,并编制程序对模型进行了... 详细信息

对用于新型压水堆非能动余热排出系统的热工水力特性进行了理论分析.该系统利用3个相互耦合回路的自然循环把停堆后的堆芯余热排出.在一维质量、动量和能量守恒方程的基础上建立了非能动余热排出系统的数学模型,并编制程序对模型进行了数值求解,模拟了非能动余热排出系统的瞬态特性.计算分析了冷热芯位差和余热交换器换热面积对系统特性的影响.结果表明,各参数的变化趋势是合理的.冷热芯位差和余热交换器换热面积越大,对系统越有利.

关键词：余热排出系统自然循环瞬态特性

环形窄缝通道内干涸型临界热流密度的理论研究

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原子能科学技术 2005年第1期39卷 61-65页

作者：杨晓强苏光辉苟军利秋穗正贾斗南西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室陕西西安710049

在双面加热的垂直环形窄缝通道内,对向上流动环状流的临界热流密度(CHF)进行理论研究,以质量、动量和能量守恒方程为基础建立数学物理模型。对该模型进行数值求解,得到了不同窄缝间隙通道内的CHF和临界含汽率的关系曲线,分析得出压力对... 详细信息

在双面加热的垂直环形窄缝通道内,对向上流动环状流的临界热流密度(CHF)进行理论研究,以质量、动量和能量守恒方程为基础建立数学物理模型。对该模型进行数值求解,得到了不同窄缝间隙通道内的CHF和临界含汽率的关系曲线,分析得出压力对CHF的影响,并将理论计算值与实验值进行比较。

关键词：环形窄缝通道环状流临界热流密度临界含汽率双面加热原子能研究

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套管式双面加热蒸汽发生器的热工水力分析

原子能科学技术 2007年第1期41卷 79-82页

作者：樊普秋穗正苟军利贾斗南西安交通大学动力工程与多相流国家重点实验室陕西西安710049 西安交通大学核能科学与工程系陕西西安710049

为研究套管式双面加热蒸汽发生器在稳态和瞬态过程中的热工水力特性,建立了描述蒸汽发生器物理现象的一维均匀流数学模型。应用该模型,开发了可计算稳态和瞬态工况下一回路和二回路冷却剂温度场、焓场的直流蒸汽发生器热工水力程序。计... 详细信息

为研究套管式双面加热蒸汽发生器在稳态和瞬态过程中的热工水力特性,建立了描述蒸汽发生器物理现象的一维均匀流数学模型。应用该模型,开发了可计算稳态和瞬态工况下一回路和二回路冷却剂温度场、焓场的直流蒸汽发生器热工水力程序。计算结果对直流蒸汽发生器结构设计、运行具有指导意义。

关键词：蒸汽发生器热工水力特性瞬态两相流

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兆瓦级高效紧凑型核动力系统运行特性研究

核技术 2024年第2期47卷 93-108页

作者：张明辉苟军利王政单建强西安交通大学核科学与技术学院西安710049

为研究兆瓦级高效紧凑型核动力系统的运行特性,使用自主开发的热管堆瞬态分析程序TAPIRS(Transient Analysis code for heat Pipe and AMTEC power conversion space Reactor power System)和超临界二氧化碳布雷顿循环的瞬态分析程序SCT... 详细信息

为研究兆瓦级高效紧凑型核动力系统的运行特性,使用自主开发的热管堆瞬态分析程序TAPIRS(Transient Analysis code for heat Pipe and AMTEC power conversion space Reactor power System)和超临界二氧化碳布雷顿循环的瞬态分析程序SCTRAN/CO_(2)(Super Critical reactors Transient Analysis code/Carbon Dioxide)的耦合程序对其反应性、负荷、冷却水温度和流量等扰动进行了开环动态响应分析,并据此进行了控制系统设计。在此基础上,对线性变负荷、阶梯式变负荷以及甩负荷这三种变负荷运行工况进行了计算分析。结果表明:该核动力系统的转速对扰动的变化较为敏感,需要加以控制;低负荷下旁通会使压缩机流量上升,需对压缩机流量加以控制;系统在控制方案下能以6%FP(Full Power)·min^(−1)的速度实现0%~100%的负荷变动,且可以在任意负荷水平下运行;甩负荷下系统的波动时间变长,但是仍可达到新的稳态进行工作,且各参数处于安全范围内。本研究可为新型核动力系统的概念设计提供参考。

关键词：兆瓦级高效紧凑新型核动力系统开环动态响应控制系统设计变负荷运行

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新型压水堆自然循环特性计算分析

西安交通大学学报 2006年第11期40卷 1329-1332,1337页

作者：苟军利秋穗正贾斗南苏光辉西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室

针对新型压水堆的结构特点,在一维质量、动量和能量守恒方程的基础上,建立了描述其稳态自然循环特性的数学模型.模型对新型压水堆在稳态自然循环过程中可能出现的流动形式和换热状态进行了充分考虑.通过数值迭代求解该模型,对新型压水... 详细信息

针对新型压水堆的结构特点,在一维质量、动量和能量守恒方程的基础上,建立了描述其稳态自然循环特性的数学模型.模型对新型压水堆在稳态自然循环过程中可能出现的流动形式和换热状态进行了充分考虑.通过数值迭代求解该模型,对新型压水堆的自然循环特性进行了理论分析.计算结果表明:反应堆自然循环流量随堆芯功率的增加而增加,并且是堆芯功率的指数函数;在不同蒸汽压力下,反应堆的自然循环流量不同,且随蒸汽压力的增加而增加.冷热芯位差越大,反应堆自然循环能力越大.该研究对我国新型压水堆的概念设计提供了重要的理论依据.

关键词：自然循环理论分析冷热芯位差

新型兆瓦级紧凑核动力装置的非能动余热排出系统设计分析

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核技术 2024年第1期47卷 115-123页

作者：袁乐齐吴和鑫苟军利单建强西安交通大学核科学与技术学院西安710049

热管堆具有结构简单、布局紧凑、固有安全性高的特点,是无人潜航器的理想堆型之一。针对采用热管堆的新型兆瓦级高效紧凑核动力装置,设计了一种利用自然循环冷却热管绝热段的非能动余热排出系统。使用计算流体力学方法对不同几何参数的... 详细信息

热管堆具有结构简单、布局紧凑、固有安全性高的特点,是无人潜航器的理想堆型之一。针对采用热管堆的新型兆瓦级高效紧凑核动力装置,设计了一种利用自然循环冷却热管绝热段的非能动余热排出系统。使用计算流体力学方法对不同几何参数的余排系统的排热能力进行模拟分析,使其保守满足最大余排功率的需求。结果表明:热管管束周围设计围板导流有利于降低流体最高温度,围板进出口宽度几乎不影响换热能力,而延长围板下部不利于自然循环;3.5兆瓦热管堆的应急冷却舱轴向长度为160 mm时可以保守满足最大余排功率,并在5~25℃的环境温度下均可正常工作。

关键词：热管堆无人潜航器非能动余热排出系统高温热管数值模拟

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热管冷却空间反应堆系统启动特性研究

原子能科学技术 2016年第6期50卷 1054-1059页

作者：袁园苟军利单建强张斌张博西安交通大学核科学与技术学院陕西西安710049

为研究热管冷却空间堆系统从冷态零功率到满功率的启动特性,以典型热管冷却空间反应堆电源系统SAIRS为对象,开发了热管冷却空间反应堆系统瞬态程序TAPIRS。该程序的模型主要包括中子动力学模型、堆芯传热模型、热管模型、碱金属热电转... 详细信息

为研究热管冷却空间堆系统从冷态零功率到满功率的启动特性,以典型热管冷却空间反应堆电源系统SAIRS为对象,开发了热管冷却空间反应堆系统瞬态程序TAPIRS。该程序的模型主要包括中子动力学模型、堆芯传热模型、热管模型、碱金属热电转换装置(AMTEC)能量转换模型和散热板模型。将TAPIRS程序各模块和系统稳态计算结果与参考文献计算值比较分析,验证了本文模型和求解方法的合理性。启动特性研究表明,通过控制控制鼓的转动速率,可实现反应堆从次临界到满功率、热管和AMTEC从固态到正常运行状态的启动过程。热管冷却空间堆依靠核热启动具有可行性,热管最高温度不超过1 250K,满功率参数与相关文献的最大相对误差不超过6%。

关键词：空间堆热管碱金属热电转换装置启动

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两流体双压力模型半隐数值算法研究

核动力工程 2018年第2期39卷 142-148页

作者：巢飞单建强张勇吴攀苟军利李健西安交通大学核科学与技术学院西安710049 中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室成都610213

目前主流的系统分析程序都是基于经典两流体六方程单压力模型开发而来的。然而这种模型是不适定的,严重降低了程序的数值稳定性。两流体七方程双压力模型具有无条件完全适定的性质,本文研究了这种模型的半隐数值解法,并采用两相沉降问... 详细信息

目前主流的系统分析程序都是基于经典两流体六方程单压力模型开发而来的。然而这种模型是不适定的,严重降低了程序的数值稳定性。两流体七方程双压力模型具有无条件完全适定的性质,本文研究了这种模型的半隐数值解法,并采用两相沉降问题、水龙头问题和爱德华喷放问题进行验证。数值结果表明,该算法在模拟核工程领域重要两相流问题时,具有较高的稳定性和准确性。

关键词：两流体双压力模型半隐算法两相沉降问题水龙头问题爱德华喷放问题验证