圆弧通道强迫及自然循环流动沸腾特性研究

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压力容器外部冷却(External Reactor Vessel Cooling,ERVC)作为堆芯熔融物容器内持留(In-Vessel Retention,IVR)的最后一道屏障对于缓解核反应堆事故具有重要意义。本文基于欧拉两流体模型,构建了适用于低压工况的两相CFD模型,利用CFD模拟,并结合弧形流道热流密度分布特点,验证了沸腾曲线预测临界热流密度方法的准确性,对压力容器的安全设计应用具有重要的工程价值意义。本文以压力容器下封头弧形流道为研究对象,建立二维几何模型,重点研究在强迫循环和自然循环条件下两相流动沸腾换热特性,同时分析不同热工参数和出入口效应对流动沸腾换热特性的影响规律。数值模拟分析了强迫循环条件下两相流动沸腾换热特性。研究结果表明:增加冷却水流量、过冷度及压力有助于增强冷却水的流动沸腾换热特性。出口效应不利于流动沸腾换热,并且出口效应随着流量的增加而减弱。由于出口效应的影响当流量为50 kg/m~2s时,90°位置处临界热流密度相对82.5°位置处临界热流密度降低了6.1%,而当流量为800 kg/m~2s时临界热流密度降低了3.1%。入口效应增强了冷却水的流动沸腾换热特性,并且入口效应随流量的增加而增强。在流量为50 kg/m~2s–800 kg/m~2s范围内,入口区域在37.5°附近,此时临界热流密度在37.5°达到局部峰值。数值模拟分析了自然循环条件下两相流动沸腾换热特性。研究结果表明:冷却水流量、过冷度及压力对流动沸腾换热特性的影响高于强迫循环。由于出口效应的影响,强迫循环条件下90°位置处临界热流密度相对82.5°位置处临界热流密度降低了8.9%而自然循环条件下临界热流密度降低了5.9%。入口效应对自然循环流动沸腾换热影响高于强迫循环且入口区域相应扩大,在流量为1358 kg/m~2s–1811 kg/m~2s范围内,自然循环入口区域在45°附近,此时临界热流密度在45°达到局部峰值。
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