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镓在矩形窄通道中的流动换热特性研究

东南大学学报(自然科学版) 2025年

作者：周涛姚垚袁明东南大学能源与环境学院东南大学核热工安全与标准化研究所东南大学大型发电装备安全运行与智能测控国家工程研究中心

液态金属镓因其低熔点、高热容和化学稳定性，逐渐成为新型冷却剂的候选之一。对镓在矩形窄通道中的流动与换热特性进行了数值模拟。通过改变流速和温度，分析了镓的对流换热系数和压降随Pe数、Re数变化的规律，展示了通道内的参数分布... 详细信息

液态金属镓因其低熔点、高热容和化学稳定性，逐渐成为新型冷却剂的候选之一。对镓在矩形窄通道中的流动与换热特性进行了数值模拟。通过改变流速和温度，分析了镓的对流换热系数和压降随Pe数、Re数变化的规律，展示了通道内的参数分布，对比了镓、钠和铅铋合金在矩形窄通道中的换热性能。结果表明，镓在矩形窄通道中的对流换热系数与Pe数呈正比关系，且随着温度的升高，对流换热能力显著增强，600 和700 K时换热系数分别比500 K增加了20%和35%。压降随Re数增加而增大，流动损失加剧，然而温度升高使得压降减小，主要是由于黏度降低所致。镓和钠在600 K下的对流换热系数约为铅铋合金对流换热系数的2倍，且压降较低，表明镓和钠在窄通道中的换热和流动性能更为优越。镓在高温下具有更好的换热能力和较低的压降，适合作为冷却剂应用于窄通道中，有利于小微型反应堆的发展。

关键词：第四代反应堆镓矩形窄通道钠铅铋合金流动换热

超临界二氧化碳流体中纳米颗粒热泳沉积计算研究

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原子能科学技术 2022年第12期56卷 2717-2724页

作者：周涛唐剑宇张帆刘文斌东南大学能源与环境学院核科学与技术系江苏南京210096 核热工安全与标准化团队

超临界二氧化碳中纳米颗粒的运动沉积问题是目前的国际前沿课题。纳米颗粒由于其粒径小、具有更高的相对表面能,其穿透性更强,对超临界系统装置可能有较大破坏性。选择不锈钢纳米颗粒、超临界二氧化碳作为具体对象,以1 m长的水平直管作... 详细信息

超临界二氧化碳中纳米颗粒的运动沉积问题是目前的国际前沿课题。纳米颗粒由于其粒径小、具有更高的相对表面能,其穿透性更强,对超临界系统装置可能有较大破坏性。选择不锈钢纳米颗粒、超临界二氧化碳作为具体对象,以1 m长的水平直管作为流动几何通道,运用Fluent软件采取控制单一变量法,对影响纳米颗粒热泳沉积的因素进行了计算分析。对于热泳沉积而言,流体与壁面温差是影响沉积率的最主要因素,呈正相关关系;来流速度、粒径、管径与沉积率呈负相关关系。

关键词：超临界二氧化碳纳米颗粒热泳沉积温差

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窄通道自然循环临界热流密度的非线性分析

原子能科学技术 2012年第11期46卷 1330-1335页

作者：盛程周涛李精精段军华北电力大学核热工安全与标准化研究所北京102206

通过自然循环流动实验,取得5mm间隙窄矩形通道的自然循环临界热流密度(CHF)发生时的可视化图片,以及流量、壁温和实验段压差信号,并运用非线性分析技术对CHF发生过程进行了定性和定量研究。研究发现:自然循环压差时间序列的功率谱在半... 详细信息

通过自然循环流动实验,取得5mm间隙窄矩形通道的自然循环临界热流密度(CHF)发生时的可视化图片,以及流量、壁温和实验段压差信号,并运用非线性分析技术对CHF发生过程进行了定性和定量研究。研究发现:自然循环压差时间序列的功率谱在半对数坐标中呈指数下降;自相关系数逐渐下降;三维吸引子相图表现出奇怪吸引子的特点。这表明了自然循环系统CHF的发生过程具有非线性混沌特性。自然循环CHF发生的初始阶段,由于流量脉动和流型往复变迁,流动和换热表现出一定的周期性;随着热流密度的提高,周期性减小,随机性增大,但总能达到一个确定的状态,体现了混沌运动的特点。

关键词：自然循环临界热流密度非线性混沌

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超临界水冷堆MOX燃料特性分析

原子能科学技术 2010年第B09期44卷 346-351页

作者：孙灿辉周涛李臻洋华北电力大学核热工安全与标准化研究所北京102206

针对超临界水冷堆组件,采用不同Pu含量的MOX燃料进行组件计算,得到不同燃料条件下的燃耗深度、功率分布因子、慢化剂温度反应性系数等结果,并对比分析在超临界水冷堆中应用MOX燃料与应用UO2燃料对组件性能的影响,以及不同Pu含量MOX燃料... 详细信息

针对超临界水冷堆组件,采用不同Pu含量的MOX燃料进行组件计算,得到不同燃料条件下的燃耗深度、功率分布因子、慢化剂温度反应性系数等结果,并对比分析在超临界水冷堆中应用MOX燃料与应用UO2燃料对组件性能的影响,以及不同Pu含量MOX燃料间的性能区别。分析结果表明,在超临界水冷堆设计中,应用MOX燃料与应用UO2燃料有相似的功率分布,应用MOX燃料可以增加燃耗深度,并有良好的慢化剂温度反应性系数。经过合理设计的MOX燃料可较好应用于超临界水冷堆中,且产生更好的性能。

关键词： MOX燃料超临界水冷堆燃耗

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超临界水冷堆耦合条件下水棒热工特性分析

原子能科学技术 2013年第11期47卷 2014-2019页

作者：周涛程万旭刘亮孙灿辉陈娟华北电力大学核热工安全与标准化研究所北京102206

超临界水冷堆中需要单独设计水棒结构,水棒中流过慢化剂水使得堆芯得到充分慢化。本文采用日本设计堆型作为研究对象,自主设计S型、D1型、D2型3种不同水棒结构,并编制物理热工耦合程序,得到不同水棒结构及D2型水棒结构不同内层水棒外边... 详细信息

超临界水冷堆中需要单独设计水棒结构,水棒中流过慢化剂水使得堆芯得到充分慢化。本文采用日本设计堆型作为研究对象,自主设计S型、D1型、D2型3种不同水棒结构,并编制物理热工耦合程序,得到不同水棒结构及D2型水棒结构不同内层水棒外边长条件下慢化剂密度、冷却剂和慢化剂的平均密度及功率的轴向分布。结果表明:D2型双层水棒具有更均匀的慢化剂温度分布和轴向功率分布,随着内层水棒外边长的增大,轴向慢化剂密度均值有所提高。

关键词：超临界水冷堆耦合水棒传热

铅铋共晶合金流动传热特性及不溶性腐蚀产物沉积特性数值模拟

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原子能科学技术 2015年第8期49卷 1386-1392页

作者：杨旭周涛方晓璐林达平汝小龙华北电力大学核热工安全与标准化研究所北京102206

作为ADS次临界堆首选的冷却剂材料,铅铋共晶(LBE)合金中出现微小颗粒物会威胁反应堆安全,同时缩短反应堆的使用寿命。为此,利用FLUENT软件对矩形通道中不溶性腐蚀产物的沉积分布进行了模拟研究。对连续相采用标准k-ε模型预测湍流变化,... 详细信息

作为ADS次临界堆首选的冷却剂材料,铅铋共晶(LBE)合金中出现微小颗粒物会威胁反应堆安全,同时缩短反应堆的使用寿命。为此,利用FLUENT软件对矩形通道中不溶性腐蚀产物的沉积分布进行了模拟研究。对连续相采用标准k-ε模型预测湍流变化,对颗粒相采用离散相模型(DPM)跟踪颗粒运动轨迹。研究发现,沉积效率与流体和冷壁之间的温差呈正相关;近壁面是颗粒物的高浓度区、低温区,这种分布有利于颗粒物在壁面上的沉积;近壁面是高湍动能区,不利于颗粒物沉积。受到壁面边界层影响,出现二次流现象,即在径向上出现8个对称的径向循环区域。

关键词：铅铋合金颗粒物沉积矩形通道二次流

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超临界水冷堆部分丧失给水瞬态敏感性分析

核动力工程 2013年第4期34卷 100-105页

作者：罗峰周涛程万旭苏子威陈娟华北电力大学核热工安全与标准化研究所北京102206

以日本超临界水冷堆(Super LWR)为背景,建立相关数学物理模型,计算分析超临界水冷堆在部分丧失给水瞬态下,主泵惰转时间、紧急停堆延迟时间和密度反馈比对最高包壳温度的影响。分析结果表明:部分丧失给水后,在主泵惰转和反应堆紧急停堆... 详细信息

以日本超临界水冷堆(Super LWR)为背景,建立相关数学物理模型,计算分析超临界水冷堆在部分丧失给水瞬态下,主泵惰转时间、紧急停堆延迟时间和密度反馈比对最高包壳温度的影响。分析结果表明:部分丧失给水后,在主泵惰转和反应堆紧急停堆的共同作用下,最高包壳温度先是快速升高,然后快速下降;延长惰转时间能延缓冷却剂流量的减少,从而延缓最高包壳温度的升高;紧急停堆延迟时间越短,越能减缓最高包壳温度的升高;密度反馈比的变化对包壳的温度影响不大。可见,主泵惰转时间、紧急停堆延迟时间能对堆芯的安全性能产生明显的影响。

关键词：超临界水冷堆部分丧失给水敏感性瞬态最高包壳温度

物理-热工耦合对超临界水堆系统特性的影响分析

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原子能科学技术 2013年第5期47卷 804-810页

作者：陈娟周涛罗峰王晗丁程万旭华北电力大学核热工安全与标准化研究所北京102206

物理-热工耦合是超临界水堆系统分析的关键问题之一。以日本超临界水冷热堆Super LWR的堆芯设计为例,借助Dragon编制中子截面数据库,建立双群中子扩散方程计算模块,联系同时建立的热工计算模块,得到超临界水堆的物理-热工耦合计算模型... 详细信息

物理-热工耦合是超临界水堆系统分析的关键问题之一。以日本超临界水冷热堆Super LWR的堆芯设计为例,借助Dragon编制中子截面数据库,建立双群中子扩散方程计算模块,联系同时建立的热工计算模块,得到超临界水堆的物理-热工耦合计算模型。通过对比稳态与瞬态工况下耦合前、后的热工工况,分析物理-热工耦合条件下的超临界水堆系统热工特性。结果表明:在稳态工况下,物理-热工耦合将导致内、外组件堆芯功率峰值沿轴向发生明显偏移,使得部分节点的包壳温度升高,但包壳最高温度降低;在瞬态工况下,物理-热工耦合将导致堆芯包壳最高温度的发生位置有所改变。发生给水加热丧失瞬态后,在某一时刻,外部组件的包壳最高温度将转而超过内部组件的包壳最高温度。可见,物理-热工耦合对包壳最高温度的大小和发生位置均可能产生明显影响。计算分析可为超临界水堆瞬态及安全分析提供相应理论参考。

关键词：超临界水堆耦合瞬态给水加热丧失

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超临界水冷堆堆芯简化模型流量分配研究

核动力工程 2011年第3期32卷 52-57页

作者：李臻洋周涛孙灿辉华北电力大学核热工安全与标准化研究所北京102206

选取超临界水冷堆(SCWR)燃料组件作为研究对象,在平均孔口尺寸条件下,对堆芯功率分布进行模拟,建立了热工水力计算模型并进行了程序的开发,计算出了各个并联通道内的冷却剂流量以及相关参数分布。结果表明,平均孔口尺寸条件得到的各组... 详细信息

选取超临界水冷堆(SCWR)燃料组件作为研究对象,在平均孔口尺寸条件下,对堆芯功率分布进行模拟,建立了热工水力计算模型并进行了程序的开发,计算出了各个并联通道内的冷却剂流量以及相关参数分布。结果表明,平均孔口尺寸条件得到的各组群燃料通道轴向密度分布、堆芯功率分布存在较大的不均匀性,致使流量分配存在较大的差异;通过增大高功率组群的孔板尺寸即可得到较为合理的热工水力参数分布。

关键词：超临界水冷堆流量分配热工水力