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多层结构包壳和非刚体芯块力学建模及应用

原子能科学技术 2018年第7期52卷 1308-1315页

作者：邓阳斌贺亚男巫英伟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 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

针对事故容错燃料(ATF),基于有限差分法开发了多层圆柱体力学模型。将新模型植入FRAPCON4.0程序中,并替换了原有Fracas模型。通过对相同对象计算,对比了新旧模型的特点并验证了新模型的合理性和先进性。对比发现,大部分参数结果吻合良好... 详细信息

针对事故容错燃料(ATF),基于有限差分法开发了多层圆柱体力学模型。将新模型植入FRAPCON4.0程序中,并替换了原有Fracas模型。通过对相同对象计算,对比了新旧模型的特点并验证了新模型的合理性和先进性。对比发现,大部分参数结果吻合良好,佐证了非刚体芯块假设对于传统燃料具有一定合理性,但旧模型对接触压力的预测过于保守,改进后程序的预测结果更合理。最后,分析总结了所开发新型多层结构包壳模型和改进后FRAPCON 4.0在燃料性能分析中潜在的应用。

关键词：事故容错燃料多层结构包壳力学建模 FRAPCON 4.0改进

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严重事故条件下安全壳响应模拟研究

原子能科学技术 2018年第4期52卷 634-640页

作者：许芝春张亚培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

压水堆核电厂发生严重事故期间,从主系统释放的蒸汽、氢气以及下封头失效后进入安全壳的堆芯熔融物均对安全壳的完整性构成威胁。以国内典型二代加压水堆为研究对象,采用MAAP程序进行安全壳响应分析。选取了两种典型的严重事故序列:热... 详细信息

压水堆核电厂发生严重事故期间,从主系统释放的蒸汽、氢气以及下封头失效后进入安全壳的堆芯熔融物均对安全壳的完整性构成威胁。以国内典型二代加压水堆为研究对象,采用MAAP程序进行安全壳响应分析。选取了两种典型的严重事故序列:热管段中破口叠加设备冷却水失效和再循环高压安注失效,堆芯因冷却不足升温熔化导致压力容器失效,熔融物与混凝土发生反应(MCCI),安全壳超压失效;冷管段大破口叠加再循环失效,安全壳内蒸汽不断聚集,发生超压失效。通过对两种事故工况的分析,证实了再循环高压安注、安全壳喷淋这两种缓解措施对保证安全壳完整性的重要作用。

关键词：严重事故安全壳响应 MAAP程序模拟研究

圆锥角对汽阳极AMTEC圆锥形蒸发器性能影响分析

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核动力工程 2020年第5期41卷 155-161页

作者：朱磊江新标李华琪陈森田晓艳秋穗正西安交通大学核科学与技术学院西安710049 西北核技术研究所西安710024

为分析汽阳极碱金属热电转换装置(AMTEC)中圆锥角对蒸发器性能影响,建立了汽阳极AMTEC回流芯和圆锥形蒸发器稳态二维热工水力模型,研究了不同运行条件下不同圆锥角对蒸发器表面温度分布、空隙率和毛细极限等参数的影响。结果表明,圆锥... 详细信息

为分析汽阳极碱金属热电转换装置(AMTEC)中圆锥角对蒸发器性能影响,建立了汽阳极AMTEC回流芯和圆锥形蒸发器稳态二维热工水力模型,研究了不同运行条件下不同圆锥角对蒸发器表面温度分布、空隙率和毛细极限等参数的影响。结果表明,圆锥形蒸发器较平板形蒸发器具有更大的蒸发面积和更高的表面蒸汽压力。当冷、热端温度分别为623 K和1123 K,电流为2.5 A时,15°圆锥角蒸发器表面蒸汽压力为35.29 kPa,比平板形蒸发器高1.62 kPa,但深圆锥形蒸发器较浅圆锥形蒸发器具有更大的毛细极限区,且在蒸发器表面中心处更易发生大面积冷凝;电流范围为1~2 A时,15°圆锥角蒸发器表面冷凝面积达7%~18%。因此在汽阳极AMTEC中推荐使用浅圆锥形蒸发器。

关键词：碱金属热电转换装置(AMTEC) 蒸发器圆锥形毛细极限

AP1000波动管内空气-水液泛特性试验研究

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核动力工程 2017年第5期38卷 151-155页

作者：田文喜蔚江涛汪志伟苏光辉秋穗正西安交通大学核科学与技术学院西安710049

在室温及常压条件下以空气-水为工质,对AP1000稳压器不同液位下的波动管内液泛过程及液泛特征点进行了试验现象研究、机理分析和数据分析,得到两相逆流液泛动态特性。研究结果表明:波动管竖直管部分是最容易发生液泛现象的位置;波动管... 详细信息

在室温及常压条件下以空气-水为工质,对AP1000稳压器不同液位下的波动管内液泛过程及液泛特征点进行了试验现象研究、机理分析和数据分析,得到两相逆流液泛动态特性。研究结果表明:波动管竖直管部分是最容易发生液泛现象的位置;波动管内液泛特性符合Kutateladze关系式;当气体流量较小时,液相流量随着稳压器液位的增高而减小;当气体流量较大时,液相流量随着稳压器液位的增高而增大;液体完全滞止点基本与稳压器液位高度无关。

关键词： AP1000 波动管液泛模化两相逆流

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蒸汽发生器全尺寸汽水分离装置模型开发

原子能科学技术 2022年第11期56卷 2253-2261页

作者：曾春杰王明军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

汽水分离装置是核动力系统蒸汽发生器(SG)重要组成部分。目前针对汽水分离装置的研究包含试验与模拟两种方法,受限于成本和计算资源,现有研究主要是对汽水分离装置中单一旋叶式分离器或波形板干燥器开展。但在SG不同位置处分离器或干燥... 详细信息

汽水分离装置是核动力系统蒸汽发生器(SG)重要组成部分。目前针对汽水分离装置的研究包含试验与模拟两种方法,受限于成本和计算资源,现有研究主要是对汽水分离装置中单一旋叶式分离器或波形板干燥器开展。但在SG不同位置处分离器或干燥器入口参数不相同,存在负荷不均问题。为此,本研究基于已有分离器和干燥器分离效率计算模型,对汽水分离装置适当简化,开发SG全尺寸汽水分离装置模型。研究SG中不同位置处分离器和干燥器分离效率分布特性以及干燥器液滴负荷不均情况。计算结果可为SG汽水分离装置设计提供参考,开发的汽水分离模型已植入自主化SG全流域热工水力计算分析程序STAF。

关键词：蒸汽发生器旋叶式汽水分离器波形板干燥器分离效率多孔介质

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轴向非均匀加热对并联通道流动不稳定性的影响

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原子能科学技术 2014年第4期48卷 604-609页

作者：鲁晓东周铃岚巫英伟苏光辉秋穗正张虹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 西安交通大学核科学与技术系陕西西安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四川成都610041

基于均相流模型建立并联通道系统的控制方程,采用交错网格技术和半隐式差分离散控制方程,并使用追赶法求解来模拟并联通道的两相流动特征。采用轴向余弦功率加热模拟轴向非均匀功率加热。运用小扰动法,获得了不同压力、入口过冷度和轴... 详细信息

基于均相流模型建立并联通道系统的控制方程,采用交错网格技术和半隐式差分离散控制方程,并使用追赶法求解来模拟并联通道的两相流动特征。采用轴向余弦功率加热模拟轴向非均匀功率加热。运用小扰动法,获得了不同压力、入口过冷度和轴向功率加热方式下的稳定性边界(MSB)和三维不稳定性空间。对于余弦和均匀功率加热,系统稳定性均随系统压力的增大而增强。余弦功率加热在高过冷度区降低并联通道系统稳定性,而在低过冷度区增强系统稳定性。随进口阻力系数的增加,处于余弦功率加热的并联通道系统稳定性增强,MSB的拐点逐渐向高过冷度区移动。

关键词：轴向非均匀加热并联通道流动不稳定性三维不稳定性空间

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兆瓦级空间气冷堆系统启停堆瞬态分析

原子能科学技术 2022年第6期56卷 1022-1033页

作者：岳坤王成龙张冉秋穗正苏光辉田文喜西安交通大学核科学与技术学院陕西西安710049

本文针对兆瓦级高温气冷堆布雷顿循环系统,采用Fortran语言开发系统分析程序TASS,包括堆芯、透平-发电机-压气机、回热器、冷却器和热管式辐射散热器等模型。通过设计值与程序计算值对比对TASS进行验证,并利用TASS对系统启动、停堆瞬态... 详细信息

本文针对兆瓦级高温气冷堆布雷顿循环系统,采用Fortran语言开发系统分析程序TASS,包括堆芯、透平-发电机-压气机、回热器、冷却器和热管式辐射散热器等模型。通过设计值与程序计算值对比对TASS进行验证,并利用TASS对系统启动、停堆瞬态工况进行数值模拟。结果显示,通过分两阶段、阶梯式引入正反应性和提高涡轮机械的转轴速度,堆芯流量和功率匹配良好,系统可在3.5 h内完成启动过程,达到反应堆功率3406 kW、流量14.2 kg/s的稳态运行。系统停堆过程中,反应堆可依靠自身的非能动余热排出能力,确保芯块和包壳温度与熔点间存在较大安全裕量,实现安全停堆。

关键词：空间气冷堆瞬态分析启动停堆

螺旋管蒸汽发生器三维热工水力程序HeTAF开发

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原子能科学技术 2022年第11期56卷 2272-2282页

作者：刘凯王明军章静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

针对核动力系统螺旋管蒸汽发生器,本文采用多孔介质方法对具有复杂换热组件区域多层螺旋套管结构进行简化,构建了壳侧工质流动换热特性数学物理模型,并基于均相流假设建立了管侧水-水蒸气两相流动沸腾换热特性分析模型,采用网格-节点映... 详细信息

针对核动力系统螺旋管蒸汽发生器,本文采用多孔介质方法对具有复杂换热组件区域多层螺旋套管结构进行简化,构建了壳侧工质流动换热特性数学物理模型,并基于均相流假设建立了管侧水-水蒸气两相流动沸腾换热特性分析模型,采用网格-节点映射方法实现了管壳两侧耦合传热计算,基于开源OpenFOAM平台开发了适用于螺旋管蒸汽发生器的三维全尺寸热工水力特性分析程序HeTAF。基于螺旋管两相流动沸腾换热实验开展了模型验证,并以高温气冷堆示范工程中螺旋管直流式蒸汽发生器为分析对象开展了单换热组件模拟,获得的氦气和蒸汽出口温度计算结果与设计值符合较好,表明HeTAF能有效预测换热组件内管壳两侧流动换热特性。本文的研究对螺旋管蒸汽发生器的设计和安全分析具有参考意义。

关键词：螺旋管蒸汽发生器计算流体力学耦合换热特性分析多孔介质方法 OpenFOAM

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多孔介质通道内两相流动特性数值研究

核动力工程 2020年第S2期41卷 59-63页

作者：李华张友佳李云秋穗正张林黄春兰彭园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 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成都610213 西安交通大学核科学与技术系西安710049

针对球床式水冷堆堆芯单根燃料组件,采用FLUENT软件中的多孔介质模型对燃料组件内冷却剂的热工水力特性进行了数值计算。分析了组件内冷却剂从单相水到过热蒸汽的变化过程,并对不同工况下的计算结果进行了分析。计算得到了多种稳态运行... 详细信息

针对球床式水冷堆堆芯单根燃料组件,采用FLUENT软件中的多孔介质模型对燃料组件内冷却剂的热工水力特性进行了数值计算。分析了组件内冷却剂从单相水到过热蒸汽的变化过程,并对不同工况下的计算结果进行了分析。计算得到了多种稳态运行模式下组件内空泡份额、压力、汽相温度、汽相流速等参数的变化规律以及系统参数对热工特性的影响。结果表明,由于多孔介质的存在,组件内的阻力比轻水反应堆更大,堆芯压降也相应增大。正常工况下,堆芯冷却剂温升较大,冷却剂跨越液相区、相变区以及单相蒸汽区,各区流动换热特性差异大。当运行模式发生改变时,与轻水反应堆相比,球床式水冷堆堆芯的流动换热参数值变化更大,但无论是稳态工况还是瞬变工况下的冷却剂温度均满足安全准则。

关键词：多孔介质球床式水冷堆两相流动数值计算