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饱和蒸汽在过冷液面直接接触冷凝瞬态特性及二维温度场的研究

作　者: 赵剑刚
导　师: 童明伟
学　校: 重庆大学
专　业: 热能工程
关键词: 非能动直接接触冷凝温度分布凝结特性凝结换热系数
分类号: TL33
类　型: 硕士论文
年　份: 2004年
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内容摘要

非能动安全是二十世纪八十年代提出的一种旨在提高核电站安全性和可靠性的新概念，当核反应堆处于失水状态时，利用堆芯补水箱(CMT)内含硼水的重力特性对堆芯进行非能动注水，实现应急堆芯冷却。在注水初期，由于蒸汽在过冷液面上的快速冷凝，导致CMT内压力剧烈变动，注水流量小，影响反应堆安全。在目前，对饱和蒸汽直接接触凝结还很不了解，有必要对此进行深入的研究。本文对不同的模式和条件下，CMT内饱和蒸汽在过冷液面上直接接触冷凝的瞬态特性进行了实验研究和数值模拟，研究结果将有助于核电站非能动安全系统和其他工业设备的设计。实验研究了饱和蒸汽在CMT内过冷液面上凝结时的凝结特性、压力响应及温度分布。实验参数范围为：PRZ初始压力P=0.2～0.6MPa，CMT初始液温T=20～80℃。实验内容包括：加遮流板实验、无遮流板实验、多孔喷头实验。在不同的模型和不同的初始条件下，过冷液轴向温差、温升等都显示出不同的特性。用一维非稳态导热方程来计算加遮流板不排水(有汽空间)热水层厚度，计算值落在预测值的±23％以内。在不同模型时，如：小破口排水、加装遮流板、使用多孔喷头对系统压力响应特性都有很大的影响。排水和使用多孔喷头会增加压力平衡时间，而加装遮流板则会缩短压力平衡时间。在可视化实验中随着PRZ初始压力的增加，以及CMT初始温度的增加，压力平衡响应时间减小。结论与前期实验和高琅琅等推导出的结论不同。在排水实验中，排水量随着PRZ初始压力的升高而增加，随着CMT初始温度的增加而增加。加装遮流板后，排水量较无遮流板时有很大程度的提高。说明加遮流板对CMT排放性能的提高是非常显著的。通过比较RT值的大小，将凝结模式分为：蒸汽供应限制模式、凝结限制模式、压力平衡模式。在不同模型的实验中，压力平衡前凝结换热系数变化有如下规律：PRZ初始压力相同时，系数随着CMT初始温度的升高而减小；在CMT初始温度一定时，PRZ初始压力越高，凝结换热系数越大。通过对凝结换热系数的瞬态研究，在不排水，有汽空间的实验条件下，压力平衡前的凝结换热量占了总换热量的75-84％。通过实验数据和直接接触凝结理论，拟合出实验条件下的关联式，误差在±17％-23％之间。通过新的思路对模型进行了数值模拟，发现遮流板的位置和大小对CMT压力平衡时间有一定的影响。计算结果和实验结果有较好的一致性，为进一步优化遮流板研究有一定的指导意义。

全文目录

中文摘要  4-6
英文摘要  6-12
1 绪论  12-26
  1．1 非能动安全系统的研究背景  12-13
  1．2 非能动安全系统的研究现状  13-14
  1．3 直接接触冷凝的研究现状  14-24
    1．3．1 直接入射接触凝结的研究  14-21
    1．3．2 增强凝结的研究  21-23
    1．3．3 延缓凝结的研究  23-24
  1．4 本课题的主要研究内容  24-26
2 试验系统及其参数  26-36
  2．1 实验系统  26-31
    2．1．1 CMT模拟体  27-28
    2．1．2 PRZ模拟体  28-29
    2．1．3 试验参数及仪表  29-31
    2．1．4 管道和阀门  31
    2．1．5 电气系统  31
  2．2 数据采集系统  31-32
  2．3 实验参数范围  32-34
  2．4 实验方案和步骤  34-36
3 CMT轴向温度和热分层厚度分析  36-54
  3．1 CMT轴向温度分析  36-45
    3．1．1 不同CMT初始温度下轴向温度分析  36-41
    3．1．2 不同PRZ初始压力CMT轴向温度分析  41-45
  3．2 热分层厚度分析  45-52
    3．2．1 热分层的定义  45
    3．2．2 热水层厚度的实验值  45-50
    3．2．3 CMT中热水层理论计算与实验值的比较  50-52
  3．3 本章小结  52-54
4 不同条件下系统压力响应与排水特性分析  54-64
  4．1 不同模型对系统压力响应特性的影响  54-58
  4．2 不同初始条件对系统压力响应特性的影响  58-61
  4．3 不同条件下CMT排水量分析  61-62
  4．4 本章小结  62-64
5 直接接触凝结实验结果和理论分析  64-82
  5．1 凝结模式分析  64-65
  5．2 直接接触式凝结的简化数学物理模型  65-69
    5．2．1 无遮流板模型  65-66
    5．2．2 加遮流板模型  66-67
    5．2．3 多孔喷头模型  67-68
    5．2．4 压力平衡模式  68-69
  5．3 凝结换热系数的实验值计算理论  69-71
  5．4 凝结换热系数实验结果  71-75
  5．5 凝结换热系数实验关联式  75-79
    5．5．1 压力平衡前凝结换热系数实验关联式  75-78
    5．5．2 压力平衡后凝结换热系数实验关联式  78-79
  5．6 本章小结  79-82
6 数值计算  82-92
  6．1 物理模型  82-83
  6．2 基本控制方程  83-85
  6．3 计算网格的划分  85-86
  6．4 控制方程的求解  86-88
  6．5 计算结果分析  88-90
  6．6 本章小结  90-92
7 结论和建议  92-94
  7．1 主要结论  92-93
  7．2 后续研究工作的建议  93-94
致谢  94-96
参考文献  96-102
附录：攻读硕士期间发表的论文  102-103

饱和蒸汽在过冷液面直接接触冷凝瞬态特性及二维温度场的研究

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