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起伏对强迫循环下铅铋合金阻力及换热特性影响实验研究

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原子能科学技术 2023年第8期57卷 1504-1513页

作者：赵亚峰刘志鹏王成龙于启帆苏光辉秋穗正田文喜西安交通大学核科学与技术学院陕西西安710049

受起伏运动的影响,铅铋回路的流量发生波动,流动阻力与换热特性会发生变化。本文采用实验方法,研究了起伏条件下强迫循环液态铅铋合金在竖直圆管内的流动阻力与换热特性。结果表明:起伏运动引起的瞬时附加压降峰值低于理论值;在强迫循环... 详细信息

受起伏运动的影响,铅铋回路的流量发生波动,流动阻力与换热特性会发生变化。本文采用实验方法,研究了起伏条件下强迫循环液态铅铋合金在竖直圆管内的流动阻力与换热特性。结果表明:起伏运动引起的瞬时附加压降峰值低于理论值;在强迫循环下,起伏会造成回路流量周期性波动,在最大起伏幅度300 mm、周期4 s的工况下,流量瞬时波动最大达到16%。拟合得到了流量波动的无量纲数表达式。在强迫循环范围内,起伏运动下的管道时均摩擦阻力系数与静止条件下一致,起伏运动不会影响回路的时均传热特性。本研究结果可为起伏运动下反应堆设计提供数据参考。

关键词：铅铋合金起伏条件流动换热强迫循环

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高温热管内钠蒸发冷凝特性分子动力学研究

原子能科学技术 2022年第7期56卷 1267-1275页

作者：汪泽涛郭凯伦王成龙张大林田文喜秋穗正苏光辉西安交通大学核科学与技术学院陕西西安710049

高温钠热管是热管堆中进行非能动热量传输的核心部件。为深入理解热管内工质钠的蒸发机理及气液交界的传热传质特性,用分子动力学软件LAMMPS模拟了600 K下钠的蒸发,统计了质量调节系数,定为0.3887。随后变更壁温,打破体系内热质输运平衡... 详细信息

高温钠热管是热管堆中进行非能动热量传输的核心部件。为深入理解热管内工质钠的蒸发机理及气液交界的传热传质特性,用分子动力学软件LAMMPS模拟了600 K下钠的蒸发,统计了质量调节系数,定为0.3887。随后变更壁温,打破体系内热质输运平衡,进行非平衡态模拟,观察液膜变化,求解气液交界处的净蒸发通量和换热系数。结果表明,9~10 ns后,底部的液膜厚度、气液交界处的净蒸发通量及换热系数分别在0.1~0.52 nm、0.03~0.07 kg/(m^(2)·s)、2.2~3.9 kW/(m^(2)·K)范围波动,此时上部液膜厚度在6 nm左右,其气液交界的净蒸发通量在10^(-4)量级,换热系数为0.028 kW/(m^(2)·K),至末期降为0.0035 kW/(m^(2)·K)。本文为钠热管启动阶段的数值模拟提供了参考。

关键词：高温钠热管蒸发冷凝分子动力学

铅基快堆SGTR事故下热工水力模拟及气腔扩散行为研究

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原子能科学技术 2022年第10期56卷 2015-2023页

作者：于启帆赵亚峰王成龙张大林田文喜秋穗正苏光辉西安交通大学能源与动力工程学院陕西西安710049

本文针对铅基快堆蒸汽发生器传热管破裂(SGTR)事故,利用计算流体力学(CFD)程序对LIFUS5/MOD2台架的汽水注射进液态金属铅铋环境进行研究。研究了3种热工水力现象:铅铋环境压力上升与压力波传递,铅池液位波动和气泡夹带与铅池液位上升和... 详细信息

本文针对铅基快堆蒸汽发生器传热管破裂(SGTR)事故,利用计算流体力学(CFD)程序对LIFUS5/MOD2台架的汽水注射进液态金属铅铋环境进行研究。研究了3种热工水力现象:铅铋环境压力上升与压力波传递,铅池液位波动和气泡夹带与铅池液位上升和蒸汽扩散。研究结果表明:CFD模型在模拟SGTR事故的压力变化和压力波传递方面具有很小的计算误差;压力波峰值会随着水侧背压的升高而增大,且局部的蒸汽腔压力会低于附近的铅池压力,抑制蒸汽爆炸发生;同时事故引起的铅铋液位上升既会引起小尺寸气泡的输运夹带,也会对铅铋环境结构件造成冲击。

关键词：铅基快堆蒸汽发生器传热管破裂事故两相流模型计算流体力学

黄土丘陵沟壑区典型植物群落切沟系统植被生长特性

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水土保持学报 2024年第4期38卷 1-10页

作者：苏旭飞张光辉曾荣昌北京师范大学地理科学学部北京100875 北京师范大学地表过程与资源生态国家重点实验室北京100875

[目的]为探究不同植物群落切沟系统之间以及同一切沟不同部位间植被生长特性的差异。[方法]以陕西省安塞区纸坊沟小流域5个典型植物群落切沟系统为研究对象,系统研究其物种多样性、盖度、地上生物量、枯落物蓄积量和地下生物量等植被生... 详细信息

[目的]为探究不同植物群落切沟系统之间以及同一切沟不同部位间植被生长特性的差异。[方法]以陕西省安塞区纸坊沟小流域5个典型植物群落切沟系统为研究对象,系统研究其物种多样性、盖度、地上生物量、枯落物蓄积量和地下生物量等植被生长特性。[结果](1)地上生物量、枯落物和根系消减系数受植被类型的显著影响,表现为乔木切沟>灌木切沟>草本切沟,盖度表现为灌木切沟>草本切沟>乔木切沟;(2)切沟右壁(阳坡到半阳坡)物种多样性指数、盖度小于左壁(阴坡到半阴坡);(3)受水热条件综合影响,切沟沟底和原始坡面的植被生长特性无明显分异规律;(4)切沟原始坡面枯落物蓄积量大于沟坡不同部位的枯落物蓄积量。[结论]研究结果为深入理解植被恢复对切沟发育的潜在影响、评估植被恢复阻控切沟侵蚀的功能提供数据基础和理论支撑。

关键词：物种多样性盖度地上生物量枯落物根系

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可视化交互式核动力系统模拟平台VITARS的开发与验证

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原子能科学技术 2023年第2期57卷 313-320页

作者：张鹏辉卢国庆陈荣华许宛清苏光辉田文喜秋穗正西安交通大学核科学与技术学院陕西西安710049

针对核反应堆系统热工分析软件RELAP5存在的人机交互不友好的问题,本文开发了可视化交互式核动力系统模拟平台VITARS。VITARS在可视化用户操作界面的基础上,满足RELAP5模块化建模、计算运行控制、计算结果实时显示和多RELAP5耦合计算的... 详细信息

针对核反应堆系统热工分析软件RELAP5存在的人机交互不友好的问题,本文开发了可视化交互式核动力系统模拟平台VITARS。VITARS在可视化用户操作界面的基础上,满足RELAP5模块化建模、计算运行控制、计算结果实时显示和多RELAP5耦合计算的功能需求,还具备一个反应堆控制逻辑计算系统。通过VITARS用户可在计算过程中对阀门开度、主泵转速等参数进行手动调节。另外,得益于普适性的数据交互接口,VITARS还可作为一个交互平台,具有与其他热工水力程序耦合的可行性。最后通过对岭澳核电站机组的稳态模拟验证了VITARS的计算准确性。

关键词：可视化平台人机交互模拟机 RELAP5 VITARS

钠热管中气液交界质量调节系数的分子动力学研究

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原子能科学技术 2022年第6期56卷 1112-1119页

作者：汪泽涛郭凯伦王成龙张大林田文喜秋穗正苏光辉西安交通大学核科学与技术学院陕西西安710049

钠热管是热管堆内的关键热量传输部件,深入理解内部工质的蒸发与冷凝换热机理对于钠热管的设计优化具有重要意义。本研究用分子动力学软件LAMMPS,结合钠热管的启动和运行工况,模拟了600、700、800、900 K下液态钠薄膜的平衡态蒸发,求解... 详细信息

钠热管是热管堆内的关键热量传输部件,深入理解内部工质的蒸发与冷凝换热机理对于钠热管的设计优化具有重要意义。本研究用分子动力学软件LAMMPS,结合钠热管的启动和运行工况,模拟了600、700、800、900 K下液态钠薄膜的平衡态蒸发,求解了质量调节系数(MAC)。并在模拟中引入了氩气作为非凝结性气体,研究了非凝结性气体对MAC的影响。研究结果表明,4组工况下的MAC分别为0.3886、0.2119、0.2615、0.2416;非凝结性气体存在时,MAC分别为0.2829、0.2543、0.1295、0.1072。本研究为钠热管的数值模拟提供了参考借鉴和理论支撑。

关键词：钠热管蒸发与冷凝分子动力学非凝结性气体质量调节系数(MAC)

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热管堆用高温热管参数敏感性分析和优化

核动力工程 2022年第6期43卷 85-92页

作者：田智星王成龙郭凯伦张大林田文喜秋穗正苏光辉西安交通大学核科学与技术学院西安710049

热管堆用高温热管的设计是存在约束的多目标优化问题,本文旨在实现高温热管的快速多目标设计优化。针对高温热管,考虑干道、槽道、丝网、烧结等吸液芯,基于改进热阻网络法,采用非支配遗传算法Ⅱ对热阻和毛细质量流量进行优化。结果表明... 详细信息

热管堆用高温热管的设计是存在约束的多目标优化问题,本文旨在实现高温热管的快速多目标设计优化。针对高温热管,考虑干道、槽道、丝网、烧结等吸液芯,基于改进热阻网络法,采用非支配遗传算法Ⅱ对热阻和毛细质量流量进行优化。结果表明,热管性能与工质和吸液芯有关,圆形和矩形干道采用工质钾更佳,三角槽和烧结纤维采用工质钠更佳;钠热管中热阻性能优劣依次为环形干道、丝网、矩形槽、烧结颗粒、烧结纤维、三角槽、圆形干道、矩形干道,流量性能优劣依次为环形干道、丝网、烧结颗粒、矩形槽、矩形干道、圆形干道、三角槽、烧结纤维;在800~950 K范围内,工作温度提升导致除环形干道外热阻减小89.9%以上,流量增加320.8%以上,环形干道中热阻减小93.5%,但流量减小8.8%。本研究可为核反应堆高温热管设计优化提供参考,提升高温热管性能。

关键词：高温热管非支配遗传算法Ⅱ 热阻网络参数优化

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液态金属高温热管传热极限研究

原子能科学技术 2022年第10期56卷 2024-2031页

作者：张嘉睿田智星王成龙田文喜郭凯伦秋穗正苏光辉西安交通大学核科学与技术学院陕西西安710049

热管作为一种高效可靠、可进行长距离传热的非能动设备,在核能领域有着广泛的应用。本文针对工质为钠、充液量为158 g与208 g的毛细驱动热管,对其传热极限开展实验和理论研究。实验方面,设计搭建了高温热管传热极限测试分析实验平台,研... 详细信息

热管作为一种高效可靠、可进行长距离传热的非能动设备,在核能领域有着广泛的应用。本文针对工质为钠、充液量为158 g与208 g的毛细驱动热管,对其传热极限开展实验和理论研究。实验方面,设计搭建了高温热管传热极限测试分析实验平台,研究了液态金属高温热管在不同水平倾角和不同加热功率下传热功率的变化。理论方面,验证了连续流动极限与夹带极限理论模型的正确性,总结了两种极限的发生规律。研究发现,热管连续流动极限影响热管的启动;由于水平夹角较大时转变温度较高,因此大角度下的热管更容易发生连续流动极限,小角度下经验模型的预测误差在6.58%以内,大角度下误差超过28%。夹带极限发生时热管蒸发段温度骤升且冷凝段温度出现波动,热管倾角越大夹带极限越容易发生,经验模型在不同角度下均存在误差,大角度下误差超过100%。本文总结了连续流动极限与夹带极限的发生规律,为先进核反应堆系统中热管的设计提供参考。

关键词：高温热管传热极限水平倾角加热功率

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不凝性气体对高温锂热管传热特性的影响研究

原子能科学技术 2022年第6期56卷 1094-1103页

作者：张明昊王成龙田智星郭凯伦田文喜苏光辉秋穗正西安交通大学核科学与技术学院陕西西安710049 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

热管作为一种具有高热导率的传热装置,工作核心在于其内部工作流体的蒸发和冷凝。若热管工作过程中气腔内存在不凝性气体,主流区中蒸气和不凝性气体在对流运动的作用下将一起移动到气-液分界面,不凝性气体的存在阻碍了工作流体在气-液... 详细信息

热管作为一种具有高热导率的传热装置,工作核心在于其内部工作流体的蒸发和冷凝。若热管工作过程中气腔内存在不凝性气体,主流区中蒸气和不凝性气体在对流运动的作用下将一起移动到气-液分界面,不凝性气体的存在阻碍了工作流体在气-液交界面处的正常冷凝。本文基于热阻网络法添加了不凝性气体区域传热模型,研究了不凝性气体对高温锂热管稳态传热特性的影响。结果表明,热管达到稳态时不凝性气体的存在缩短了热管的有效传热长度,破坏了热管的等温性和良好的传热效率。此外随着不凝性气体体积份额的增大,不凝性气体区域温度降低幅度越大;随着热管蒸发段输入功率的增大,热管正常工作区域整体温度越高,相同质量的不凝性气体占据的体积份额越小,热管壁面温度出现明显温度梯度降低的位置随着功率升高而向下游移动。

关键词：不凝性气体高温锂热管稳态传热特性数值分析