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核技术 2024年第1期47卷 133-140页

作者：马竞翔董世昌龚圣捷上海交通大学上海200240

在核电系统热力管道内,热分层现象较为常见,会造成应力集中并引起管道结构变形,进而带来安全隐患。滞流分支管与冷却剂主管道相连接,管内流体与一回路主管道冷却剂存在较大温差,受到湍流渗透和阀门泄漏等因素的影响,分支管内容易发生热... 详细信息

在核电系统热力管道内,热分层现象较为常见,会造成应力集中并引起管道结构变形,进而带来安全隐患。滞流分支管与冷却剂主管道相连接,管内流体与一回路主管道冷却剂存在较大温差,受到湍流渗透和阀门泄漏等因素的影响,分支管内容易发生热分层现象。对滞流分支管热分层的温度变化特性和流动特性进行研究分析,为后续的实验研究和应力分析提供理论依据。建立了滞流分支管模型,在泄漏流量为0.062 kg·s^(-1)、泄漏温度为488.15 K、泄漏压力为6 MPa条件下,采用SST k-ω模型(Shear Stress Transport k-ωmodel)对滞流分支管热分层现象展开三维数值模拟研究。模拟结果表明:热分层现象容易出现在水平管段,无保温措施及大管径会加剧热分层现象,而弯管段能有效降低截面温差;滞流分支管的水平管段内存在回流现象,而大小头管段结构导致管内流场出现二次回流,回流现象不利于管道内冷热流体的混合,使热分层的影响时间更长。滞流管分支管的热分层现象与等截面管道存在明显区别。

关键词：压水堆滞流分支管热分层现象 CFD

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湿式安全壳过滤排放系统特性的数值模拟分析

湿式安全壳过滤排放系统特性的数值模拟分析

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作者：董世昌华中科技大学

学位级别：硕士

安全壳过滤排放系统(FCVS)是一种用于防止安全壳超压失效的严重事故缓解措施,已在全球多个国家的核电厂中得到应用。大部分研究集中在FCVS的过滤效率及安全壳降压,针对FCVS本身的热工水力特性分析及长期运行行为的研究很少。本文使用热... 详细信息

安全壳过滤排放系统(FCVS)是一种用于防止安全壳超压失效的严重事故缓解措施,已在全球多个国家的核电厂中得到应用。大部分研究集中在FCVS的过滤效率及安全壳降压,针对FCVS本身的热工水力特性分析及长期运行行为的研究很少。本文使用热工水力程序RELAP5对典型湿式FCVS设计进行建模分析,研究了全场断电引发的严重事故情况下FCVS的热工水力及长期运行特性。同时,为获得FCVS内更详细的气液两相流流场信息并优化系统局部结构,使用CFD软件对小型试验台架miniFCVS和含特殊喷嘴的鼓泡塔进行了局部流场模拟。首先,选用CCI FCVS为研究对象,利用RELAP5/MOD3.3程序对其进行建模,分析在全场断电事故情况下采取周期性启闭排放策略时系统内的长期运行热工水力特性,结果表明该策略下系统内洗涤液储量呈周期性波动变化,系统可正常运行达250小时。在此基础上搭建了简化的安全壳模型作为边界条件,以模拟系统采取开启后不关闭策略时系统内的热工水力特性,结果表明洗涤液储量先增加后逐渐减小,排放后期可能出现洗涤液蒸干从而导致过滤失效。环境温度、初始液位、衰变热功率、启闭压力等关键因素会对系统运行行为产生重要影响,初始液位选取在3 m范围时系统的长期运行状态较佳,但需在高温时适当提高液位,低温时适当降低液位;衰变热功率需控制在15060 kW,可考虑辅助给/排水进行调节;开启压力可从450 kPa提高到500 kPa;关闭压力在25000 kPa均比较合适。其次,针对小型实验台架mini-FCVS建立RELAP5模型,与实验结果进行对比,验证RELAP5模型的合理性,研究了内结构参数对于两相液位的影响。另外,利用CFD软件对该实验台架进行建模和数值模拟,与实验结果进行对比验证CFD模拟的合理性,并分析mini-FCVS内部详细的气液两相流行为,发现喷嘴使气相形成气柱,混合单元强化气液相间的混合,回流单元有利于气相回流。最后,利用CFD软件对含挡板喷嘴的鼓泡塔中的气液两相流行为进行三维模拟和分析,研究了挡板对含气率、轴向流速、气泡直径等流场参数的影响。结果表明喷嘴出口添加带孔挡板使得壁面附近气液流速降低,有利于延长壁面附近气泡在液体中的滞留时间,利于整体气泡直径的减小、中心局部含气率和局部相间界面面积的增大。但过多的挡板会使得气体形成高速射流,不利于气体的分散以及整体含气率和相间界面面积的提高。综合而言,挡板数为2块比较合适。本文对不同排放策略下FCVS的热工水力特性和长期运行行为的研究,能为FCVS的工程设计和运行提供参考准则。对系统内部三维气液两相流场的研究,能为系统局部结构优化提供指导。

关键词：安全壳过滤排放系统严重事故热工水力两相液位鼓泡塔

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列车垂向减振系统的动力学研究

列车垂向减振系统的动力学研究

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作者：董世昌兰州交通大学

学位级别：硕士

关于列车垂向减振系统的认识,从第一辆蒸汽机车的发明一直延续至今。减振系统的主要作用是缓解轨面不平顺性和轮对与轨道之间相互碰撞所产生的振动。随着列车速度的不断提高,车辆产生的振动也越大,对减振系统各项参数的要求也越高。本... 详细信息

关于列车垂向减振系统的认识,从第一辆蒸汽机车的发明一直延续至今。减振系统的主要作用是缓解轨面不平顺性和轮对与轨道之间相互碰撞所产生的振动。随着列车速度的不断提高,车辆产生的振动也越大,对减振系统各项参数的要求也越高。本文从碰撞振动角度对列车垂向减振系统做出动力学分析,主要从以下几个方面进行了研究:首先,引入天棚减振器的概念,对早期不含减振元件的列车进行研究,结合轨道集总参数模型和车辆集总参数模型,以一个车轮与轨道的碰撞振动作为研究对象,建立一类两自由度上下刚性碰撞的动力学模型。经过受力分析,得出系统的运动微分方程,引出混沌现象,为货车和客车垂向减振系统的动力学研究提供了基础。其次,对货车垂向减振系统进行动力学建模,在列车垂向动力学模型的基础上,考虑轨面不平顺带来的激励,建立一类三自由度碰撞振动系统的动力学模型。依据周期运动的条件,推导出碰撞振动系统解析解的表达式,分析了振动系统的周期运动,建立了Poincaré映射。选择一个截面作为Poincaré映射面,在选择适当的系统参数条件下,数值模拟了系统发生倍化分岔、Hopf分岔的动力学行为。最后,建立客车垂向减振系统的动力学模型,将轨道弹性和轨道质量纳入考虑范围,以一个车轮的碰撞振动为研究对象,对客运列车垂向减振系统建立一类四自由度碰撞振动系统模型。解耦时,利用多自由度碰撞振动系统运动微分方程推导的结论,结合牛顿第二定律得出系统的解析解,确定该系统的Poincaré映射。在控制系统的质量、碰撞恢复系数等参数不变的情况下,发现系统在不同弹性系数、阻尼系数条件下发生叉式分岔、Hopf分岔、Hopf-flip分岔及通向混沌的动力学行为。文章分析了三类列车垂向动力学行为,将碰撞振动作为一种研究方法,建立了不同的碰撞振动系统模型,主要运用庞加莱截面法分析了列车垂向动力学的稳定性。列车轮轨碰撞动力学的研究为列车提速过程中减振系统的动力学优化提供了理论依据,也体现了如何选择合理的系统参数,避免转向架与车体的多余振动和控制有害的混沌运动状态,达到提高减振性能的目的。

关键词：列车减振碰撞振动混沌 Poincaré映射

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GeTe薄膜的制备及光探测性能研究

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作者：董世昌中国石油大学(华东)

学位级别：硕士

GeTe材料由于具有窄带隙结构、高载流子迁移率及高吸收系数等优点,在光电子器件领域表现出巨大潜在应用。无论是理论还是实验中,GeTe都具有紫外-可见-红外探测的可能性,在宽波段光探测领域是一个值得深入发掘的方向。因此,本论文利用磁... 详细信息

GeTe材料由于具有窄带隙结构、高载流子迁移率及高吸收系数等优点,在光电子器件领域表现出巨大潜在应用。无论是理论还是实验中,GeTe都具有紫外-可见-红外探测的可能性,在宽波段光探测领域是一个值得深入发掘的方向。因此,本论文利用磁控溅射技术制备了GeTe薄膜,深度解析了其微观结构特性和电学性能,并进一步对其光探测性能开展了系统研究。首先,对GeTe薄膜进行了结构表征。结果表明,通过控制沉积温度,可准确控制薄膜结晶状态。其中,低温沉积的非晶GeTe为无定形状态,薄膜电阻率较高;高温沉积的结晶态GeTe为高质量结晶的的菱形相α-GeTe,薄膜电阻率较低。此外,GeTe薄膜具有较好的吸光性,计算可得GeTe薄膜的带隙为0.4～0.7 e V,适合制备宽波段光探测器。然后,研究了GeTe光电探测器的性能。由于具有窄的带隙,GeTe光电导型探测器实现了404 nm～1550 nm宽波段的光电探测。进一步将GeTe薄膜沉积在n-Si基底上,构建了GeTe/SiO/Si光伏型光电探测器。借助于p-n结界面的驱动作用,器件实现了高达5.53×10的高开关比和1.8μs的超快响应速度。最后,利用GeTe优异的热电性能,设计了一种基于光热电效应的新型光探测器,首次在GeTe材料中实现光热电探测。结果表明:器件不仅实现了自驱动的光探测,且具有2.78×10的高开关比和5.31 A/W的高响应度。与光电激发型探测器不同,GeTe光热电探测器突破了带隙限制,将探测波长拓宽到了10.6μm。以上结果说明GeTe材料在制备自驱动、宽波段、低噪声及高响应度光热电探测器方面具有很大优势。总之,对GeTe薄膜的结构与光探测性能系统深入的研究,证实了GeTe光探测器的优异性能。本论文为宽波段光探测器提供了新的材料选择,为GeTe光探测器的实际应用提供了理论依据。

关键词： GeTe 磁控溅射光电探测器光热电效应

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地铁车辆车体关键连接结构振动特性研究

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铁道机车车辆 2021年第6期41卷 121-128页

作者：宋浩孟建军董世昌兰州交通大学机电技术研究所兰州730070 甘肃省物流及运输装备信息化工程技术研究中心兰州730070 甘肃省物流及运输装备行业技术中心兰州730070 兰州交通大学机电工程学院兰州730070

针对某型地铁车辆车体进行模态分析,并建立地铁车辆刚柔耦合动力学模型,对车体关键连接结构节点进行动力学仿真计算,并进行了现场测试,获取了地铁车辆车体关键连接结构振动特性,并对振动特性进行分析。研究结果表明,车体关键连接结构疲... 详细信息

针对某型地铁车辆车体进行模态分析,并建立地铁车辆刚柔耦合动力学模型,对车体关键连接结构节点进行动力学仿真计算,并进行了现场测试,获取了地铁车辆车体关键连接结构振动特性,并对振动特性进行分析。研究结果表明,车体关键连接结构疲劳损坏及紧固件预紧力下降主要由传递到车体上的低频振动量造成,频率接近车体模态频率,容易引起车体共振。研究结论为改善关键连接结构处的紧固件松动以及疲劳损坏等服役安全性研究提供理论基础。

关键词：地铁车辆刚柔耦合振动特性关键连接结构

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