【摘 要】
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压力容器外堆芯捕集器技术（EVR）是有效缓解严重事故后果的重要手段之一,已经应用于法国EPR核电系统和俄罗斯VVER核电系统。我国在―华龙‖核反应堆系统研发中,提出了一种内置冷却管的双坩埚式堆芯滞留装置的设计方案,利用自然循环的方式带出高温熔融物余热,从而提高冷却效率,减少熔融物的冷却时间,加快事故缓解进程。然而,在很多工况下,竖直管内自然对流往往会引发流动不稳定性（例如间歇沸腾）,从而恶化传热,
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压力容器外堆芯捕集器技术（EVR）是有效缓解严重事故后果的重要手段之一,已经应用于法国EPR核电系统和俄罗斯VVER核电系统。我国在―华龙‖核反应堆系统研发中,提出了一种内置冷却管的双坩埚式堆芯滞留装置的设计方案,利用自然循环的方式带出高温熔融物余热,从而提高冷却效率,减少熔融物的冷却时间,加快事故缓解进程。然而,在很多工况下,竖直管内自然对流往往会引发流动不稳定性（例如间歇沸腾）,从而恶化传热,甚至引发临界热流密度,使系统失效。为了支撑―华龙‖核反应堆系统的研发和优化,本文通过实验和理论分析,深入研究了各种工况下敞口竖直管内流动换热特性。实验分别研究了过冷度、热流密度对流动不稳定性的影响特性;以及流动不稳定性、管径（28mm、41mm、76mm）、过冷度（0～70 K）、上游孔板、流体工质（去离子水、自来水、硼酸水）对CHF的影响。实验结果表明:（1）随着热流密度的升高,系统将经历初始状态、低频脉动、高频脉动和稳定的自然循环四个阶段。基于概率密度函数:低频脉动阶段,PDF曲线呈双峰状不对称分布,峰值在2.5～3.5之间;高频脉动阶段,PDF曲线呈双峰状且近似对称分布,峰值低于2.5;稳定自然循环阶段,PDF曲线峰值大幅提升,概率密度函数曲线呈狭窄的单峰分布。过冷度和热流密度是间歇沸腾的重要影响因素:过冷度较高的工况,随着热流密度的升高,间歇周期减小,压差波动范围增大;过冷度较低的工况,随着热流密度的升高,压差波动范围降低,系统趋向稳定。（2）流动不稳定会大大降低CHF值;随着管径的增加,CHF值先逐步降低,当直径大于41 mm时,趋于恒定;在稳定的自然循环条件下,过冷度对CHF影响不显著;对比去离子水,硼酸溶液对CHF影响不大,而自来水能提高CHF值。基于实验结果,对流动不稳定边界进行了物理建模,预测模型与实验数据对比,误差在±13%以内。基于Kutateladze-Zuber CHF模型,建立了适用于低压、低流量、自然循环工况下CHF的预测模型,可较好的反映流动不稳定性、过冷度、管径等对CHF的影响,计算结果与实验数据具有较好的一致性,误差在±15%以内。
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