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高灵敏度内置电容式控制棒棒位传感器静态特性研究

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核动力工程 2024年第1期45卷 194-200页

作者：李彦霖秦本科薄涵亮清华大学核能与新能源技术研究院北京100084

内置电容式控制棒棒位传感器可应用于控制棒水力驱动系统。针对四螺旋电极电容式控制棒棒位传感器,本文对双电容值方法测量控制棒棒位的静态特性进行了研究。通过开展传感器的原理性实验,建立了传感器的计算模型,并进行了数值模拟结果... 详细信息

内置电容式控制棒棒位传感器可应用于控制棒水力驱动系统。针对四螺旋电极电容式控制棒棒位传感器,本文对双电容值方法测量控制棒棒位的静态特性进行了研究。通过开展传感器的原理性实验,建立了传感器的计算模型,并进行了数值模拟结果的实验验证。假定被测杆整体偏心,利用数值模拟方法建立了两组电容值与控制棒棒位的函数关系式,并对该函数关系式进行了误差分析,分析了该关系式对被测杆不同偏转方向和倾斜状态的适用性。研究结果表明,利用双电容值的棒位测量方法,对控制棒棒位的最大测量误差小于±6 mm,传感器灵敏度在0.05 pF/mm量级,能够满足控制棒棒位的实际测量需求。

关键词：控制棒水力驱动系统控制棒棒位电容式传感器

弧板型电容式鼓位探测器的结构设计方法研究及特性分析

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原子能科学技术 2024年

作者：李彦霖秦本科何雯薄涵亮清华大学核能与新能源技术研究院

高通量试验堆采用控制鼓部件作为功率调节装备，通过改变控制鼓与堆芯的相对角度，可调节堆内的核反应性。控制鼓的旋转角度信号是高通量堆运行过程中最重要的待测参数之一，该信号需由鼓位探测器进行识别。电容传感技术可应用于角度信... 详细信息

高通量试验堆采用控制鼓部件作为功率调节装备，通过改变控制鼓与堆芯的相对角度，可调节堆内的核反应性。控制鼓的旋转角度信号是高通量堆运行过程中最重要的待测参数之一，该信号需由鼓位探测器进行识别。电容传感技术可应用于角度信号测量，本文基于弧板构型，进行了电容式鼓位探测器结构的初步设计，明确了鼓位探测器边缘效应的影响范围，提出了边缘误差的补偿方法，完成了鼓位探测器的结构改进设计，获得了电容式鼓位测量系统的总体性能。研究结果表明，完成边缘误差补偿后，在0°～180°的角度范围内，电容式鼓位测量系统的最大测量误差在±0.004°以内，可满足高通量堆控制鼓鼓位的测量精度需求。

关键词：高通量试验堆控制鼓电容式鼓位测量系统

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汽泡边界层模型在矩形管道下的适用性分析

原子能科学技术 2024年第4期58卷 751-760页

作者：何雯赵陈儒韩晋玉薄涵亮清华大学核能与新能源技术研究院北京100084

过冷流动沸腾中的流动和传热特性对反应堆的安全运行和经济性都具有重要意义。汽泡边界层模型是预测流动沸腾的一种新理论模型,它将流场沿径向划分为主流和汽泡边界层两个区域,能同时获得两个区域多个两相参数的变化规律,为空泡份额的... 详细信息

过冷流动沸腾中的流动和传热特性对反应堆的安全运行和经济性都具有重要意义。汽泡边界层模型是预测流动沸腾的一种新理论模型,它将流场沿径向划分为主流和汽泡边界层两个区域,能同时获得两个区域多个两相参数的变化规律,为空泡份额的预测提供了一种新的方法。然而,过冷沸腾段汽泡边界层模型目前仅在常规圆管中开展了验证,当管道类型和尺寸发生变化后,模型的准确度还有待进一步分析。基于此,本文将汽泡边界层模型进一步推广到长宽比较大的矩形管道中。为验证模型的准确性,将模型获得的空泡份额与现有实验数据进行对比,并同时与现有空泡份额预测模型进行了对比。结果显示,汽泡边界层模型不仅较现有模型的准确度更高,还能同时应用于矩形常规管道和窄缝通道,受管道结构和尺寸的影响较小。模型还描述了矩形窄缝通道内空泡份额、压力、流速、温度、滑速比等的变化情况,这些结果能为反应堆矩形燃料元件内的热工物理耦合分析提供基础数据。

关键词：过冷流动沸腾汽泡边界层模型矩形管道空泡份额两相参数

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基于滑速比的空泡份额预测模型综述与评价

原子能科学技术 2024年

作者：何雯韩晋玉赵陈儒李彦霖薄涵亮清华大学核能与新能源技术研究院

空泡份额是气液两相流中的一个重要参数，与流场的流型、压降、换热等都有密切联系。空泡份额的预测方法很多，其中基于滑速比的预测方法应用最为广泛。然而，实验上很难准确获得滑速比的变化规律，相关的理论研究也较缺乏，使得预测模... 详细信息

空泡份额是气液两相流中的一个重要参数，与流场的流型、压降、换热等都有密切联系。空泡份额的预测方法很多，其中基于滑速比的预测方法应用最为广泛。然而，实验上很难准确获得滑速比的变化规律，相关的理论研究也较缺乏，使得预测模型间的准确度相差较大。因此，有必要结合多项指标对现有的滑速比模型开展综合评价。基于此，本文整理了8个滑速比模型，收集了380组空气-水的两相流实验数据，采用误差分析法和灰色关联法对这些滑速比模型的整体性能进行综合评价，评价指标包括平均绝对误差、均方根误差、误差频率分布和灰色关联度。结果表明，对于空气-水气液两相流，在空泡份额的全范围（0更多还原AbstractFilter('ChDivSummary', 'ChDivSummaryMore', 'ChDivSummaryReset');

关键词：空泡份额滑速比灰色关联度误差分析流型

基于轮转电极的多电极电容式棒位测量传感器静态特性研究

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原子能科学技术 2022年第4期56卷 664-671页

作者：李彦霖秦本科薄涵亮清华大学核能与新能源技术研究院北京100084

电容式棒位测量传感器是200 MW低温核供热堆控制棒水压驱动系统的关键测量部件,其精度和可靠性直接关系到反应堆的安全性。本文基于有限元方法建立了电容式棒位测量传感器的理论模型,对两电极电容式棒位测量传感器检测场的灵敏度分布特... 详细信息

电容式棒位测量传感器是200 MW低温核供热堆控制棒水压驱动系统的关键测量部件,其精度和可靠性直接关系到反应堆的安全性。本文基于有限元方法建立了电容式棒位测量传感器的理论模型,对两电极电容式棒位测量传感器检测场的灵敏度分布特性进行了分析。结果表明,在检测场内存在一个特定区域,被测杆向该区域偏移时偏心误差较小。基于该特性提出了多电极电容式棒位测量传感器的设计方案和轮转电极的电容检测方法,针对该传感器,利用有限元模型进行了传感器结构优化和被测杆偏心误差分析,完成了传感器静态特性实验并验证了模型计算结果。分析结果表明,多电极电容式棒位测量传感器与轮转电极的电容检测方法能有效利用检测场的灵敏度分布特性,优化后传感器的偏心误差能达到棒位测量不失步的要求。研究成果为电容式棒位测量传感器的设计和优化提供了新的方向。

关键词：控制棒棒位电容式传感器多电极轮转电极

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电容式棒位测量传感器的解析模型及验证

清华大学学报（自然科学版） 2022年第10期62卷 1636-1644页

作者：李彦霖秦本科薄涵亮清华大学核能与新能源技术研究院北京100084

针对两电极电容式棒位测量传感器,以有限元方法建立了该传感器的计算模型,开展了静态特性实验与模型验证,表明有限元模型计算结果与实验结果符合良好。以保角变换法和电容器的串并联积分计算方法为基础,建立了传感器内有/无被测杆的解... 详细信息

针对两电极电容式棒位测量传感器,以有限元方法建立了该传感器的计算模型,开展了静态特性实验与模型验证,表明有限元模型计算结果与实验结果符合良好。以保角变换法和电容器的串并联积分计算方法为基础,建立了传感器内有/无被测杆的解析模型。通过添加修正因子对该解析模型进行了修正,利用计算模型对解析模型进行了分步验证。结果表明在该解析模型的适用范围内,解析模型与计算模型的整体误差小于8%。研究结果为电容式棒位测量传感器的理论分析和优化设计打下了基础。

关键词：电容式棒位测量传感器保角变换法解析模型有限元验证

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结合部耦合的能量分析方法

清华大学学报（自然科学版） 2023年第5期63卷 840-848页

作者：杨林清秦本科薄涵亮清华大学核能与新能源技术研究院先进反应堆工程与安全教育部重点实验室北京100084

输流管道系统中的水击现象会导致流体压强大幅波动,威胁管道和设备的正常工作,因此评价其瞬变流动特性具有重要的研究意义。该文基于流固耦合(FSI)水击理论,建立了能量分析方法,讨论了流体能量和管道能量的变化规律,旨在描述结合部耦合... 详细信息

输流管道系统中的水击现象会导致流体压强大幅波动,威胁管道和设备的正常工作,因此评价其瞬变流动特性具有重要的研究意义。该文基于流固耦合(FSI)水击理论,建立了能量分析方法,讨论了流体能量和管道能量的变化规律,旨在描述结合部耦合对水击过程瞬变流动特性的影响。首先采用特征线法对流固耦合4方程模型进行数值求解并验证。在此基础上对模型进行数学推导和变换,获得了管道能量和流体能量的物理表达式和控制方程。深入分析了系统中能量的传递和转换过程,进一步借助无量纲因子对结合部耦合的影响进行了定量化描述。分析结果表明:考虑结合部耦合后,管道下游约束减弱,流体能量和管道能量均有不同程度的增大,系统流固耦合的剧烈程度有所增大,管道运动的剧烈程度显著增大,流体压强脉动的剧烈程度稍有减小。研究成果有助于理解和对比流固耦合水击过程动态响应,对定量化描述其瞬变流动特性具有重要意义。

关键词：能量分析方法流固耦合水击结合部耦合

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微通道换热公式应用于水和制冷剂适用性评价

工程热物理学报 2022年第1期43卷 139-144页

作者：何雯赵崇岩赵陈儒薄涵亮清华大学核能与新能源技术研究院北京100084

水是微通道流动沸腾常用的换热工质,由于其饱和温度较大,目前的沸腾实验大多采用制冷剂替代。然而,水和制冷剂在物性参数上依然具有较大差异,应用于制冷剂的换热公式并不一定能有效应用于水。因此,本文收集1084个工质为水和1002个工质... 详细信息

水是微通道流动沸腾常用的换热工质,由于其饱和温度较大,目前的沸腾实验大多采用制冷剂替代。然而,水和制冷剂在物性参数上依然具有较大差异,应用于制冷剂的换热公式并不一定能有效应用于水。因此,本文收集1084个工质为水和1002个工质为制冷剂的实验数据,比较两者在无量纲数上的差异,并选取6个常用换热公式,比较其应用于两者的预测准确度。结果表明,6个换热公式应用于水时的准确度普遍低于制冷剂,并且都低估了水的换热系数。

关键词：微通道流动沸腾水制冷剂换热系数

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控制棒水压驱动系统步降过程瞬变流特性分析

清华大学学报(自然科学版) 2023年

作者：杨林清秦本科薄涵亮清华大学核能与新能源技术研究院

控制棒水压驱动系统(CRHDS)是一种新型的内置式控制棒驱动技术,主要应用于如NHR200低温供热堆等一体化堆。CRHDS在工作过程中会产生水击现象,导致驱动系统回路和设备振动,干扰仪表工作,需要通过试验和理论模型研究对瞬变流动过程进行分... 详细信息

控制棒水压驱动系统(CRHDS)是一种新型的内置式控制棒驱动技术,主要应用于如NHR200低温供热堆等一体化堆。CRHDS在工作过程中会产生水击现象,导致驱动系统回路和设备振动,干扰仪表工作,需要通过试验和理论模型研究对瞬变流动过程进行分析。该文完成了CRHDS瞬变流动特性试验,分析了步降过程机理;在此基础上建立了驱动系统步降过程瞬变流模型,发现模型计算结果与试验结果符合度较好。进一步将模型应用于热态变驱动压力工况下,结果表明:步降过程中包含1次水击过程,压力衰减速度较快;随着驱动压力的增大,步降前时间逐渐增大,步降时间逐渐减小,步降平均速度和压力波动幅值逐渐增大。该文研究成果可为CRHDS减振设计和运行监测提供依据。

关键词：控制棒水压驱动系统水压缸步降过程瞬变流动水击