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高压气体双孔浸没射流振荡频率特性研究

原子能科学技术 2024年第2期58卷 357-364页

作者：尹威凯欧阳勇崔旭阳纪文英谷海峰中广核研究院有限公司广东深圳518000 哈尔滨工程大学核安全与仿真技术国防重点学科实验室黑龙江哈尔滨150001

在沸水堆或小型堆中一般将抑压水池作为气体排放的热阱以实现安全壳压力的有效控制。基于这一背景,本文在不同过冷度下对高压气体双孔浸没射流振荡主频特性进行了一系列实验研究,其中不凝性气体份额为0.0~0.4,孔间距范围为1.5 d~3 d。... 详细信息

在沸水堆或小型堆中一般将抑压水池作为气体排放的热阱以实现安全壳压力的有效控制。基于这一背景,本文在不同过冷度下对高压气体双孔浸没射流振荡主频特性进行了一系列实验研究,其中不凝性气体份额为0.0~0.4,孔间距范围为1.5 d~3 d。实验结果表明,无论是纯蒸汽还是混合气,在双孔射流时两股气羽均表现出向中间汇聚的形态,甚至汇聚到一起形成联合射流,相较单孔射流而言双孔射流气羽尺度增大冷凝时间延长,所以其振荡主频更低。分析射流参数影响发现,纯蒸汽射流振荡主频随过冷度和孔间距的增加而增加。同时本文总结振荡主频影响规律提出了纯蒸汽射流主频的预测关系式,预测精度在-15%~20%之间。混合气体射流时(纯蒸汽+不凝性气体)振荡主频随过冷度和孔间距的增加而增加,与纯蒸汽射流主频变化规律一致。值得注意的是,混合气射流相较纯蒸汽而言振荡主频更低,并且主频随不凝气份额增加而降低。

关键词：混合气体双孔射流压力振荡振荡主频

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浸没射流条件下气溶胶水洗机理研究

原子能科学技术 2024年

作者：马钎朝谢添舟周艳民谷海峰孙中宁白清城陈鑫刘通中国核动力研究设计院中核核反应堆热工水力技术重点实验室哈尔滨工程大学核科学与技术学院

反应堆严重事故发生后，气溶胶池式水洗现象常发生于抑压水池排放过程中，掌握此条件下的气溶胶水洗特性对于严重事故后的放射性评估具有重要意义。本文针对浸没射流条件下的气溶胶水洗效率开展了实验研究，探究了气溶胶直径、液池温度... 详细信息

反应堆严重事故发生后，气溶胶池式水洗现象常发生于抑压水池排放过程中，掌握此条件下的气溶胶水洗特性对于严重事故后的放射性评估具有重要意义。本文针对浸没射流条件下的气溶胶水洗效率开展了实验研究，探究了气溶胶直径、液池温度、淹没深度、喷放压力等参数对气溶胶水洗效率的影响。气体穿过破口或喷管以射流的形式向液相内喷放时，由于高速气流剪切作用而产生的夹带液滴会通过惯性效应将气溶胶大量滞留在液相中，喷放压力的增加会增强此效应，而淹没深度的增加也会提高滞留时间及气溶胶接触气液界面的概率。液池温度降低后由于温度梯度及蒸汽冷凝速率的增加，会使水洗效率得到进一步地提高，但热泳、扩散泳等热驱动效应与惯性、液位效应间的作用占比存在一定的制约，通过对现有相关实验进行总结，并基于主导的水洗机制拟合了预测浸没射流条件下水洗效率的经验关系式，可为相关实验及模型提供数据及理论支撑。

关键词：严重事故浸没射流气溶胶水洗效率

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微纳气泡对气溶胶池洗去除特性影响研究

原子能科学技术 2024年

作者：陈宇奇梁辉马钎朝袁万行王坤俊王岩松侯宇轩谷海峰孙中宁中国核动力研究设计院中核核反应堆热工水力技术重点实验室中国辐射防护研究院哈尔滨工程大学核科学与技术学院

反应堆发生严重事故时，微纳米级放射性气溶胶颗粒随高压气体排入抑压水池，在池洗机理作用下滞留在水池中，从而达到防止放射性外泄的目的。已有研究表明，气溶胶池洗效率曲线呈U型分布，当气溶胶粒径在0.1～1μm范围内时，其池洗效率... 详细信息

反应堆发生严重事故时，微纳米级放射性气溶胶颗粒随高压气体排入抑压水池，在池洗机理作用下滞留在水池中，从而达到防止放射性外泄的目的。已有研究表明，气溶胶池洗效率曲线呈U型分布，当气溶胶粒径在0.1～1μm范围内时，其池洗效率最低。为了提高该粒径范围内的气溶胶池洗效率，本研究借鉴微纳气泡在环境治理方面能够高效去除环境杂质的优势，开展了微纳气泡水中气溶胶池洗效率实验。通过设置对照实验，研究了微纳气泡水的基本特性与去离子水的不同，并将含气溶胶气体分别注入去离子水和微纳气泡水中，对比分析了两种池洗液体中的气溶胶池洗效率，从而探究了微纳气泡对气溶胶池洗去除特性的影响规律。实验结果表明，微纳气泡能够降低池洗液体与固体表面的接触角，提高池洗液体的负zeta电位，使气溶胶更容易穿透气液界面进入到液相中；同时，常规气泡在微纳气泡水中的尺寸更小，单位时间内脱离喷嘴的常规气泡数量增加，使微纳气泡水中常规气泡具有更大的比表面积，且能够在液相中滞留更长时间。这些变化使得微纳气泡水中0.25～1μm粒径范围内气溶胶颗粒的池洗效率显著提高。本研究可以为气溶胶池洗系统设计优化提供实验基础和理论依据。

关键词：严重事故气溶胶池洗去除微纳气泡

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事故后聚并对亚微米气溶胶重力沉降的影响

哈尔滨工程大学学报 2022年第12期43卷 1719-1727页

作者：陈君岩高璞珍谷海峰于汇宇哈尔滨工程大学核安全与仿真技术重点学科实验室黑龙江哈尔滨150001

为了探究聚并效应在重力沉降过程中的作用,本文建立适用于热态环境下亚微米气溶胶的综合沉降模型。依据颗粒聚并和重力沉降理论,采用离散分区法求解粒子群平衡方程,并对聚并效应在重力沉降过程中的作用进行探究。研究发现:随着时间的推... 详细信息

为了探究聚并效应在重力沉降过程中的作用,本文建立适用于热态环境下亚微米气溶胶的综合沉降模型。依据颗粒聚并和重力沉降理论,采用离散分区法求解粒子群平衡方程,并对聚并效应在重力沉降过程中的作用进行探究。研究发现:随着时间的推移,聚并对亚微米气溶胶重力沉降的增幅比率逐渐降低;温度升高会加速亚微米气溶胶之间的聚并效应,压力增加会抑制亚微米气溶胶之间的聚并效应,但是加速和抑制的效果并不显著。亚微米气溶胶聚并过程中,布朗聚并占据主导地位。气溶胶密度越高,聚并效应对其沉降过程的加速作用就越小。通过上述研究可以发现,严重事故后,聚并机制对气溶胶重力沉降的加速作用在工程计算中应给予重视,不能忽略。

关键词：严重事故粒子群平衡方程离散分区法亚微米气溶胶聚并效应重力沉降质量去除率颗粒密度

窄矩形通道内搅混流和环状流相界面参数的计算方法

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原子能科学技术 2022年第8期56卷 1566-1574页

作者：程林海谷海峰刘安泰虞想张君毅哈尔滨工程大学核安全与仿真技术国防重点学科实验室黑龙江哈尔滨150001 中国核动力研究设计院中核核反应堆热工水力技术重点实验室四川成都610213

空泡份额和界面浓度是两相流动中重要的相界面参数,准确获取窄矩形通道内搅混流和环状流工况下空泡份额和界面浓度是构建和完善两流体模型的关键。本文针对横截面为65 mm×2 mm的矩形通道开展了气液两相流动特性可视化实验研究,气相折... 详细信息

空泡份额和界面浓度是两相流动中重要的相界面参数,准确获取窄矩形通道内搅混流和环状流工况下空泡份额和界面浓度是构建和完善两流体模型的关键。本文针对横截面为65 mm×2 mm的矩形通道开展了气液两相流动特性可视化实验研究,气相折算速度j_(g)=1~9 m/s,液相折算速度j_(f)=0.1~1.5 m/s,流型包含搅混流和环状流。提出了基于高速摄像法获取搅混流和环状流下空泡份额和界面浓度的分析计算方法,利用该方法所得空泡份额与窄矩形通道内经验关系式计算值的相对偏差约在10%以内。此计算方法可为研究复杂流型下窄矩形通道内的相界面参数提供理论依据。

关键词：搅混流环状流空泡份额界面浓度窄矩形通道

水平窄矩形通道内空气-水两相流动中气弹运动特性研究

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核动力工程 2022年第6期43卷 24-29页

作者：刘安泰程林海谷海峰阎昌琪孟兆明龚随军哈尔滨工程大学黑龙江省核动力装置性能与设备重点实验室哈尔滨150001 中国核动力研究设计院成都610005

气弹速度和液膜厚度作为弹状流工况下的关键参数,在传热分析和力学分析中具有重要意义。本文以空气-水为介质,采用高速摄影机和印刷电路板式(PCB)液膜厚度传感器,对高1.9 mm×宽68 mm的水平窄矩形通道内气弹运动特性进行研究。液相雷诺... 详细信息

气弹速度和液膜厚度作为弹状流工况下的关键参数,在传热分析和力学分析中具有重要意义。本文以空气-水为介质,采用高速摄影机和印刷电路板式(PCB)液膜厚度传感器,对高1.9 mm×宽68 mm的水平窄矩形通道内气弹运动特性进行研究。液相雷诺数(Re_(l))<2500,矩形通道内为层流区;Re_(l)≥2500,矩形通道内为湍流区,基于气-液两相混合速度分别拟合了气弹运动速度的预测关系式,结果表明,层流区分布系数(C_(0))可采用Ishii关系式计算且漂移速度为0;而湍流区C_(0)为1.0。当气弹雷诺数(Re_(b))<3100时,气弹底部液膜厚度(δ_(b))随毛细管数的增大而增大;而在Re_(b)≥3100时,δ_(b)表现出波动性。现有的δ_(b)预测关系式不适用于窄矩形通道,在考虑通道高宽比的影响下提出了一个新的δ_(b)预测关系式,对文献中210个数据进行了验证,预测误差均在±20%内。

关键词：水平窄矩形通道两相流气弹运动速度气弹底部液膜厚度

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毛细管内气溶胶沉积特性的实验研究与分析

原子能科学技术 2023年第11期57卷 2120-2128,I0001页

作者：王辉孙中宁邢继孙晓晖谷海峰哈尔滨工程大学核安全与仿真技术国防重点学科实验室黑龙江哈尔滨150001 中国核电工程有限公司北京100840

以核电厂事故期间安全壳内放射性气溶胶通过缝隙向环境释放为研究背景,建立毛细管通道内气溶胶沉积特性研究实验台架并开展实验研究。毛细管内的气体流动由压力驱动,气溶胶为二氧化钛。基于目前的实验结果,毛细管内气溶胶无量纲沉积速... 详细信息

以核电厂事故期间安全壳内放射性气溶胶通过缝隙向环境释放为研究背景,建立毛细管通道内气溶胶沉积特性研究实验台架并开展实验研究。毛细管内的气体流动由压力驱动,气溶胶为二氧化钛。基于目前的实验结果,毛细管内气溶胶无量纲沉积速度随无量纲松弛时间的变化分为上升区和平台区,两个区域约在无量纲松弛时间为70~100之间分界。与常规管道的气溶胶沉积特性实验结果相比,本文获得的沉积速度偏小。本文在基于欧拉体系的颗粒壁面沉积3层模型中增加了Saffman力,利用改进后的模型评估了颗粒与气体速度差对沉积速度的影响。结果显示,当速度差大于某值后,Saffman力将显著减弱颗粒壁面沉积。

关键词：毛细管压力驱动气溶胶沉积速度 Saffman力

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压力驱动的毛细管内气体流动特性数值研究

原子能科学技术 2023年第1期57卷 74-83页

作者：王辉邢继孙中宁谷海峰孙晓晖王一博哈尔滨工程大学核安全与仿真技术国防重点学科实验室黑龙江哈尔滨150001 中国核电工程有限公司北京100840

安全壳缝隙内气溶胶的输运与滞留与缝隙内的气体流动密切相关。为利用现有的气溶胶穿透系数关系式评估事故后缝隙内的气溶胶滞留效率,以毛细管为代表性缝隙,基于一维可压缩绝热流动方程提出了一种压力驱动的气体流动计算方法,能够计算... 详细信息

安全壳缝隙内气溶胶的输运与滞留与缝隙内的气体流动密切相关。为利用现有的气溶胶穿透系数关系式评估事故后缝隙内的气溶胶滞留效率,以毛细管为代表性缝隙,基于一维可压缩绝热流动方程提出了一种压力驱动的气体流动计算方法,能够计算气流的亚音速、临界音速与壅塞状态。采用代表性的毛细管流动特性实验和计算流体力学(CFD)方法对本文提出的计算方法进行验证,结果显示流动变化趋势一致,气体流量与实验值相比绝大部分偏差小于10%,证明了一维计算方法的准确性与合理性,且效率优于CFD方法。在此基础上分析了毛细管两侧压差和内径对气体流动的影响,得到了不同内径毛细管内质量流量随压差的变化规律。本文研究结果可以为缝隙内气溶胶的滞留评估奠定技术基础,后续将拓展该计算方法至压力驱动的毛细管内多组分气体流动的模拟。

关键词：毛细管压力驱动气体流动数值方法

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含气溶胶竖直壁面冷凝液演化特性

哈尔滨工程大学学报 2023年第12期44卷 2135-2142页

作者：孙庆洋谷海峰周艳民张智刚鄂鑫诺王效哈尔滨工程大学核科学与技术学院黑龙江哈尔滨150001

为了研究壁面气溶胶颗粒层对蒸汽冷凝液生成行为的影响,本文针对不可溶气溶胶沉积竖直壁面上的蒸汽冷凝过程开展研究。采用可视化的方法建立了蒸汽冷凝实验平台并开展实验,观察冷凝液的发展规律,给出了冷凝速率、颗粒沉积密度对冷凝液... 详细信息

为了研究壁面气溶胶颗粒层对蒸汽冷凝液生成行为的影响,本文针对不可溶气溶胶沉积竖直壁面上的蒸汽冷凝过程开展研究。采用可视化的方法建立了蒸汽冷凝实验平台并开展实验,观察冷凝液的发展规律,给出了冷凝速率、颗粒沉积密度对冷凝液演化特性的影响。结果表明:竖直壁面凝液演化经历液滴生长、液滴滑落和水流发展等过程,稳态冷凝液分布包括水流、液滴和薄水膜3个区域。高冷凝速率或高颗粒沉积密度环境下,液滴生长时间更短、凝液演化速度更快,随着冷凝速率和沉积密度的增加,水流的数量及其所占面积份额均增加。本文研究结果可为气溶胶冲刷模型优化提供依据。

关键词：气溶胶冲刷可视化液滴滑落凝液演化水流面积份额水流宽度水流数量蒸汽冷凝