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核反应堆系统多维度多物理场耦合有限元分析研究
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作者 巫英伟 贺亚男 +3 位作者 章静 田文喜 苏光辉 秋穗正 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期257-271,共15页
核反应堆系统庞杂且运行环境严苛,存在多物理场耦合的复杂现象。早期开发的多物理场耦合软件具有扩展性和通用性不足的缺点。因此,搭建多物理场耦合框架,针对耦合问题中的关键技术开展研究,对加快我国自主化多物理场耦合平台开发进程具... 核反应堆系统庞杂且运行环境严苛,存在多物理场耦合的复杂现象。早期开发的多物理场耦合软件具有扩展性和通用性不足的缺点。因此,搭建多物理场耦合框架,针对耦合问题中的关键技术开展研究,对加快我国自主化多物理场耦合平台开发进程具有重要意义。本文介绍了西安交通大学核反应堆热工水力研究室开发的核反应堆多维度多物理场耦合有限元分析平台,主要包含热工流体计算模型的开发、燃料性能分析技术的研究以及多物理场耦合框架的建立等工作。在热工流体计算方面,开展了核反应堆系统两相流分析模型和液态金属快堆子通道分析模型研究,开发了系统分析程序NUSAC和子通道分析程序FLARE;在燃料性能分析技术方面,开展了包覆颗粒弥散燃料和板状燃料的性能分析研究,开发了针对多种燃料的燃料性能分析程序BEEs;在多物理场耦合分析方面,搭建了多物理场耦合框架,结合热工水力、中子物理和燃料性能分析程序,实现了核反应堆多物理场耦合的精细分析。本文搭建的核反应堆系统多维度多物理场耦合有限元分析平台可为核反应堆系统多维度多物理场耦合高保真数值模拟分析提供有力支持。 展开更多
关键词 多物理场 有限元 系统分析 子通道 燃料性能
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液态金属冷却快堆子通道分析软件SACOS-LMR研发与工程应用
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作者 王金顺 陈荣华 +4 位作者 朱昕阳 田家豪 田文喜 秋穗正 苏光辉 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期581-592,共12页
子通道分析方法是反应堆堆芯设计和热工水力分析的重要手段之一,对于我国提出的压水堆-快堆-聚变堆三步走核能发展战略,开发适用于液态金属冷却快堆热工安全分析的子通道分析程序具有重要意义。本文基于西安交通大学热工水力研究室自主... 子通道分析方法是反应堆堆芯设计和热工水力分析的重要手段之一,对于我国提出的压水堆-快堆-聚变堆三步走核能发展战略,开发适用于液态金属冷却快堆热工安全分析的子通道分析程序具有重要意义。本文基于西安交通大学热工水力研究室自主开发的压水堆子通道程序SACOS,通过添加液态金属快堆特有的模型,如绕丝模型、盒间流模型、液态金属对流换热模型等,扩展至适用于液态金属快堆的子通道分析程序SACOS-LMR,该程序具备对液态金属快堆组件开展稳态和瞬态热工水力分析的功能。结合卡尔斯鲁厄开展的37棒钠冷瞬态实验,完成了SACOS-LMR程序的瞬态功能验证。基于验证后的SACOS-LMR程序,对欧洲铅冷快堆(ALFRED)堆芯开展了稳态工况和瞬态事故工况下的热工安全特性分析,计算结果合理,且与同类程序保持一致,表明SACOS-LMR程序可用于液态金属快堆的堆芯设计和热工水力分析研究。 展开更多
关键词 液态金属冷却快堆 堆芯热工水力分析 子通道分析方法 ALFRED
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基于有限体积法碱金属高温热管冷态启动流动换热数值研究
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作者 赵昊城 张泽秦 +3 位作者 王成龙 秋穗正 田文喜 苏光辉 《原子能科学技术》 EI CSCD 北大核心 2024年第1期50-59,共10页
为建立碱金属高温热管启动瞬态和运行稳态工作特性预测方法,本研究采用有限体积法(FVM)建立管壁导热模型、吸液芯流动传热模型和蒸气区模型。基于C语言开发并验证了碱金属高温热管的冷态启动瞬态分析程序,最大相对偏差为9.8%。仿真模拟... 为建立碱金属高温热管启动瞬态和运行稳态工作特性预测方法,本研究采用有限体积法(FVM)建立管壁导热模型、吸液芯流动传热模型和蒸气区模型。基于C语言开发并验证了碱金属高温热管的冷态启动瞬态分析程序,最大相对偏差为9.8%。仿真模拟了单根水平钠热管启动瞬态并开展敏感性分析,结果显示:对于本研究中使用的热管,在固定输入功率为1 000 W的环境条件下,启动开始后700 s热管蒸气区完全进入连续流态,到达稳态总用时为3 000 s,启动过程中工质熔化阶段吸液芯内部压力相对值逐渐增大,熔化完成后压力相对值略有降低;稳态运行下热管等温性良好,外壁面轴向温差稳定在22.5 K,吸液芯内部压降约为47 Pa;环境温度升高会延长热管到达稳态所需时间,并对稳态蒸气压力和流速分布产生一定影响;绝热段长度增加同样延长了热管启动到达稳态时间,同时对吸液芯内流体压力和速度分布存在一定影响。 展开更多
关键词 高温热管 数值模拟 冷态启动 有限体积法
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不溶性腐蚀产物在棒束通道内沉积的数值模拟
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作者 陈诺 马俊 +4 位作者 张吉 王明军 田文喜 苏光辉 秋穗正 《核科学与工程》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期70-79,共10页
在压水堆运行期间,高压过冷态的冷却剂对燃料棒、堆内构件等部件进行冲刷,以及受管道流体加速腐蚀等效应的影响,堆内会产生不溶性的腐蚀产物,其在堆芯通道内的迁移、沉积会对压水堆的安全性和经济性产生显著影响。本研究提出了压水堆堆... 在压水堆运行期间,高压过冷态的冷却剂对燃料棒、堆内构件等部件进行冲刷,以及受管道流体加速腐蚀等效应的影响,堆内会产生不溶性的腐蚀产物,其在堆芯通道内的迁移、沉积会对压水堆的安全性和经济性产生显著影响。本研究提出了压水堆堆芯燃料棒束通道内颗粒沉积的数值模拟方法,基于单相流体标准k-ε模型和颗粒离散相模型,构建了粒状腐蚀产物流动沉积数学物理模型,结合颗粒流动-沉积特性实验的实验结果,验证了该模型的可行性和有效性,开展了不溶性粒状腐蚀产物在5×5带格架棒束通道中流动沉积研究,获得了粒状腐蚀产物在棒束通道内的沉积特性:流体中颗粒浓度在经过格架后明显减少;进口截面处的颗粒浓度在固体壁面较高,出口截面处的颗粒浓度则分布得更均匀;入口处棒束表面及壁面的颗粒沉积呈现为大面积附着沉积,格架表面、其余棒束表面和壁面的颗粒沉积呈现为点状附着沉积。 展开更多
关键词 压水堆 5×5棒束通道 格架 颗粒沉积 数值模拟
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径向湍性输运条件下CFETR平行热通量及包层能量沉积模拟
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作者 高泽石 王亚磊 +6 位作者 李彦龙 田文喜 才来中 吴雪科 连强 李昕泽 王占辉 《核聚变与等离子体物理》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期65-71,共7页
采用BOUT++输运程序与PFCFlux程序的耦合对CFETR包层第一壁上的能量沉积情况进行了模拟。研究发现,当湍性输运系数为50m^(2)·s^(-1)时,最外闭合磁面上的极向平均平行热通量为14058.5MW·m^(-2),进入刮削层的等离子体功率Psol... 采用BOUT++输运程序与PFCFlux程序的耦合对CFETR包层第一壁上的能量沉积情况进行了模拟。研究发现,当湍性输运系数为50m^(2)·s^(-1)时,最外闭合磁面上的极向平均平行热通量为14058.5MW·m^(-2),进入刮削层的等离子体功率Psol的值为197.4MW;CFETR包层第一壁上的能量沉积主要集中于真空室壁靠近中心螺线管的高场侧区域,最大热通量出现在这一区域的中间部分。 展开更多
关键词 CFETR BOUT++ PFCFlux 平行热通量 能量沉积
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六边形组件棒束通道内液态铅铋流动传热特性实验研究 被引量:1
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作者 刘杰 张大林 +4 位作者 周星光 林超 田文喜 苏光辉 秋穗正 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第6期1140-1150,共11页
为探究液态铅铋在六边形组件棒束通道内流动传热特性,开展了操作压力为0~250 kPa、实验段入口温度为200~300℃、热流密度为0~47071.48 W·m^(-2)、质量流量为0~4 kg·s^(-1)及Pe为300~600的液态铅铋流动传热实验。依据实验结果... 为探究液态铅铋在六边形组件棒束通道内流动传热特性,开展了操作压力为0~250 kPa、实验段入口温度为200~300℃、热流密度为0~47071.48 W·m^(-2)、质量流量为0~4 kg·s^(-1)及Pe为300~600的液态铅铋流动传热实验。依据实验结果重点分析了液态铅铋在不同测点位置、热流密度和进口温度等工况下的棒束内通道传热特性。基于棒束通道流动传热特性实验数据,对国际上液态金属的流动传热经验关系式进行计算评估,并参考Mikityuk关系式的基础形式,拟合出一个新的流动传热经验关系式。采用德国卡尔斯鲁厄研究中心(KIT)的实验数据校核并评价该关系式的适用性和可信度。结果表明,拟合经验关系式对KIT棒束的计算相对偏差为±20%,证明新经验关系式有较高的适用性与可信度。该实验数据与经验关系式可为我国液态金属冷却快堆六边形组件棒束通道内流动传热特性的设计研究提供参考与技术支持。 展开更多
关键词 液态铅铋 六边形组件棒束通道 传热特性 传热关系式
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磁控溅射铬涂层锆合金包壳高温水蒸气氧化行为
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作者 王栋 钟汝浩 +7 位作者 张亚培 郭超 徐浩德 余剑 蓝毅聪 苏光辉 秋穗正 田文喜 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第11期258-268,共11页
目的研究磁控溅射Cr涂层Zr-1Nb合金包壳在1100~1300℃水蒸气环境中的氧化行为,为制定核反应堆事故预防和管理提供依据。方法采用卧式管式炉开展高温氧化试验,通过分析天平测量试样增重,通过扫描电子显微镜观察形貌,通过X射线能谱仪分析... 目的研究磁控溅射Cr涂层Zr-1Nb合金包壳在1100~1300℃水蒸气环境中的氧化行为,为制定核反应堆事故预防和管理提供依据。方法采用卧式管式炉开展高温氧化试验,通过分析天平测量试样增重,通过扫描电子显微镜观察形貌,通过X射线能谱仪分析元素分布。结果氧化前Cr涂层结构致密,没有明显缺陷。氧化后包壳表面形成微观的鼓包、褶皱或裂纹。Cr涂层在1100℃和1200℃氧化3600 s后形成了Cr_(2)O_(3)-Cr-ZrCr2的三层结构。1200℃下,Zr沿Cr晶界扩散到达Cr_(2)O_(3)/Cr界面后将Cr_(2)O_(3)还原,引起局部Cr_(2)O_(3)厚度减小,Cr晶界中的Zr O2则构成了O扩散的短途通道。1300℃氧化1800 s和3600 s后,Cr涂层性能退化,生成外侧ZrO2层。在Zr基体氧含量饱和的过程中,Zr O2生长的抛物线常数kp增大。由于包壳内表面氧化使得β-Zr基体达到氧饱和,因此外侧kp迅速进入二次增大阶段,导致外侧ZrO2生长速度明显大于内侧。结论Cr涂层可以有效提高Zr包壳的抗氧化性能,但经历一定时长高温氧化后将出现性能退化。 展开更多
关键词 ZR合金 Cr涂层 事故容错燃料包壳 核反应堆事故 高温水蒸气 氧化动力学
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钠冷快堆熔融物碎片流重定位行为数值模拟研究
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作者 王栋 葛魁 +4 位作者 张亚培 胡亮 苏光辉 秋穗正 田文喜 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第6期1193-1204,共12页
钠冷快堆发生堆芯熔毁后,熔融物碎片堆积于堆芯捕集器或下封头内,从而形成碎片床。碎片床的形态结构对其冷却性能具有重要影响。然而,液态金属钠为非透明介质,难以通过可视化实验研究熔融物碎片流重定位的瞬态过程。本文建立了一种CFD-... 钠冷快堆发生堆芯熔毁后,熔融物碎片堆积于堆芯捕集器或下封头内,从而形成碎片床。碎片床的形态结构对其冷却性能具有重要影响。然而,液态金属钠为非透明介质,难以通过可视化实验研究熔融物碎片流重定位的瞬态过程。本文建立了一种CFD-DEM耦合数值计算模型以模拟熔融物碎片流在液态金属钠中的重定位行为,通过实验数据验证了模型的正确性,并研究了熔融物碎片直径对碎片流冷却特性和碎片床形态结构的影响。本研究结果可为堆芯碎片床冷却特性研究提供指导,对钠冷快堆中堆芯捕集器的设计和布置等严重事故缓解措施的制定具有参考价值。 展开更多
关键词 钠冷快堆 碎片床 熔融物碎片流重定位 CFD-DEM耦合模型
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核电工程实时网络研究及应用
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作者 周静 田文喜 丁捷 《仪器仪表用户》 2023年第5期93-97,共5页
针对核电领域DCS平台的仪控产品,实时通信网络架构设计、选型方面等相关问题的处理缺乏理论基础和性能比较,以及国产化安全级DCS平台的设计缺乏成熟经验借鉴等问题,本文对基于不同协议的实时性网络通信架构的软硬件实现进行了研究,提出... 针对核电领域DCS平台的仪控产品,实时通信网络架构设计、选型方面等相关问题的处理缺乏理论基础和性能比较,以及国产化安全级DCS平台的设计缺乏成熟经验借鉴等问题,本文对基于不同协议的实时性网络通信架构的软硬件实现进行了研究,提出了适用于安全级DCS多种网络拓扑结构设计的网络通信方案,实现了安全级DCS网络通信数据传输的实时性和确定性,具有较好的数据通信确定性、容错能力及响应时间稳定性等优点,满足核电厂DCS网络系统对数据通信高可靠性的要求。 展开更多
关键词 安全级DCS DCS网络系统 实时通信网络 可靠性
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Cr涂层对板状燃料元件起泡特性影响数值模拟 被引量:1
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作者 向烽瑞 贺亚男 +7 位作者 邓超群 牛钰航 高士鑫 巫英伟 陈平 田文喜 秋穗正 苏光辉 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第6期1215-1224,共10页
鉴于Cr涂层能够有效地缓解棒状燃料元件包壳在失水事故时的鼓胀现象,本文提出将Cr涂层应用于板状燃料元件以抑制其起泡的方案。为研究Cr涂层对板状燃料元件起泡现象的抑制作用,本文采用有限元分析工具,分别添加Zr和Cr涂层的材料物性,并... 鉴于Cr涂层能够有效地缓解棒状燃料元件包壳在失水事故时的鼓胀现象,本文提出将Cr涂层应用于板状燃料元件以抑制其起泡的方案。为研究Cr涂层对板状燃料元件起泡现象的抑制作用,本文采用有限元分析工具,分别添加Zr和Cr涂层的材料物性,并根据起泡现象的特征,考虑了Zr和Cr的热蠕变和受辐照硬化后的塑性行为。采用开发的工具对起泡退火实验进行了模拟,分析了温度和厚度对Cr涂层抑制作用的影响。研究结果表明:Cr涂层的屈服极限较低,在起泡现象发生时容易进入塑性阶段,从而不能有效地阻止起泡现象的产生;但其在大于700 K的高温下,较低的蠕变率能够降低起泡的高度,且温度越高降低的效果越明显。因此,Cr涂层可以抑制包壳的蠕变以降低起泡的高度。 展开更多
关键词 板状燃料元件 起泡 Cr涂层 蠕变 数值模拟
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双模式热管堆电热原理样机设计及验证实验研究 被引量:1
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作者 李潘潇 张智鹏 +4 位作者 代智文 王成龙 田文喜 秋穗正 苏光辉 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第1期66-73,共8页
固态热管反应堆是未来新型装备最佳能源动力解决方案之一,然而其关键技术尚未成熟,可行性及可靠性有待近一步研究。本文提出了动静结合双模式热管堆概念设计,搭建了“模拟堆芯-高温热管-斯特林-温差发电”一体化集成实验装置,利用紫铜... 固态热管反应堆是未来新型装备最佳能源动力解决方案之一,然而其关键技术尚未成熟,可行性及可靠性有待近一步研究。本文提出了动静结合双模式热管堆概念设计,搭建了“模拟堆芯-高温热管-斯特林-温差发电”一体化集成实验装置,利用紫铜基体及加热棒模拟反应堆堆芯,利用弯折高温钾热管实现堆芯冷却及能量传输过程,利用斯特林热电转换装置及碲化铋温差发电元件实现动态/静态热电转换过程,验证了双模式热管堆技术的可行性。实验结果表明,所研制的弯折高温钾热管符合设计需求,输入功率为878 W时,热管轴向壁面温差低于60 K,不凝气体段长度小于5 cm。对于碲化铋温差发电器件,输入功率为4.2 kW、热端温度为310℃、冷端温度为20℃时,30片热电器件共发电102.6 W,热电转换效率为2.44%。对于斯特林发电机,输入功率为3.3 kW时,发电功率为429 W,热电转换效率为13.1%。本文结果可为双模式热管堆概念设计及研制提供实验数据支撑。 展开更多
关键词 双模式 热管堆 原理样机 验证实验
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铅铋堆堆芯燃料组件棒束弯曲工况下流动换热特性研究
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作者 秋涵瑞 李俊 +3 位作者 王明军 章静 田文喜 苏光辉 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第8期1514-1524,共11页
核反应堆在运行过程中燃料组件可能出现弯曲和变形现象,直接影响到核反应堆的安全性和可靠性。为探究铅铋堆堆芯燃料组件棒束在弯曲状态下的冷却剂流动换热特性,本文基于CFD方法,对卡尔斯鲁厄理工学院(KIT)开展的铅铋堆19棒燃料组件实... 核反应堆在运行过程中燃料组件可能出现弯曲和变形现象,直接影响到核反应堆的安全性和可靠性。为探究铅铋堆堆芯燃料组件棒束在弯曲状态下的冷却剂流动换热特性,本文基于CFD方法,对卡尔斯鲁厄理工学院(KIT)开展的铅铋堆19棒燃料组件实验进行了数值模拟研究,获得了光棒弯曲和带绕丝棒弯曲两种条件下的组件内热工水力参数分布特性。结果表明,在光棒情况下单棒弯曲会使局部冷却剂通道变窄,造成局部的高温区域。在有绕丝情况下,由于绕丝的搅混作用,使得棒束弯曲造成局部高温现象相对较弱,高温区域主要集中在棒束与绕丝接触的狭小区域内。本文揭示了铅铋堆燃料组件燃料棒弯曲条件对堆芯安全的影响规律,为铅铋堆热工安全设计提供了重要参考。 展开更多
关键词 铅铋堆 燃料组件 棒束弯曲 CFD方法 反应堆热工水力
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熔融铅铋与水相互作用热工水力特性研究
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作者 林悦 张大林 +4 位作者 陈宇彤 张熙司 田文喜 秋穗正 苏光辉 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第S01期56-66,共11页
目前铅基快堆多设计为池式,使得在蒸汽发生器管道破裂事故发生时,二次侧高压水可能注射到液态金属池中,并与铅基冷却剂相互作用,即导致冷却剂与冷却剂之间的相互作用(CCI)发生,危害反应堆安全性及整体性。为研究射流水与熔融铅铋相互作... 目前铅基快堆多设计为池式,使得在蒸汽发生器管道破裂事故发生时,二次侧高压水可能注射到液态金属池中,并与铅基冷却剂相互作用,即导致冷却剂与冷却剂之间的相互作用(CCI)发生,危害反应堆安全性及整体性。为研究射流水与熔融铅铋相互作用的热工水力现象,基于西安交通大学自主开发的ACENA程序对JAEA的小型实验台架进行模拟计算,并与实验结果进行对比验证。计算结果表明,射流水注入到液态铅铋(LBE)后形成空腔,之后经历空腔扩展、交界面处沸腾、空腔颈部受压缩及剧烈沸腾等过程,使得穿透深度在逐步加深到最大值后回降。LBE初始温度及注水速度会对空腔发展过程及注水深度等产生相应的影响。本研究获得的结果对池式铅基快堆在蒸汽发生器管道破裂事故工况下的热工水力分析研究具有重要意义。 展开更多
关键词 熔融铅铋合金 射流水 ACENA程序 冷却剂与冷却剂之间的相互作用(CCI)
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可视化交互式核动力系统模拟平台VITARS的开发与验证
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作者 张鹏辉 卢国庆 +4 位作者 陈荣华 许宛清 苏光辉 田文喜 秋穗正 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第2期313-320,共8页
针对核反应堆系统热工分析软件RELAP5存在的人机交互不友好的问题,本文开发了可视化交互式核动力系统模拟平台VITARS。VITARS在可视化用户操作界面的基础上,满足RELAP5模块化建模、计算运行控制、计算结果实时显示和多RELAP5耦合计算的... 针对核反应堆系统热工分析软件RELAP5存在的人机交互不友好的问题,本文开发了可视化交互式核动力系统模拟平台VITARS。VITARS在可视化用户操作界面的基础上,满足RELAP5模块化建模、计算运行控制、计算结果实时显示和多RELAP5耦合计算的功能需求,还具备一个反应堆控制逻辑计算系统。通过VITARS用户可在计算过程中对阀门开度、主泵转速等参数进行手动调节。另外,得益于普适性的数据交互接口,VITARS还可作为一个交互平台,具有与其他热工水力程序耦合的可行性。最后通过对岭澳核电站机组的稳态模拟验证了VITARS的计算准确性。 展开更多
关键词 可视化平台 人机交互 模拟机 RELAP5 VITARS
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CorTAF2.0核热耦合及杂质沉积模块开发及初步应用
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作者 董正阳 刘凯 +3 位作者 王明军 田文喜 秋穗正 苏光辉 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第S01期45-55,共11页
核反应堆堆芯中存在复杂的多物理场耦合作用机制。传统核反应堆堆芯分析方法无法满足高保真、多模型计算需求,而跨平台计算存在数据传递失真、计算效率低下、分析尺度不兼容等问题。本文基于压水堆全堆芯通道级热工水力程序CorTAF,针对... 核反应堆堆芯中存在复杂的多物理场耦合作用机制。传统核反应堆堆芯分析方法无法满足高保真、多模型计算需求,而跨平台计算存在数据传递失真、计算效率低下、分析尺度不兼容等问题。本文基于压水堆全堆芯通道级热工水力程序CorTAF,针对堆芯核热耦合与杂质沉积现象,分别构建并植入中子扩散方程和杂质沉积及热阻模型,形成具有核热耦合和杂质沉积模块的CorTAF2.0程序。结合标准题和实验数据开展模型验证。基于该程序分别进行压水堆全堆芯核热耦合及杂质沉积模拟,获得了中子通量分布、功率分布和包壳杂质沉积结垢量分布,拓展了CorTAF程序对中子物理和长期运行条件下杂质沉积的分析能力。本文工作对压水堆全堆芯多物理场耦合分析具有借鉴和参考意义。 展开更多
关键词 OPENFOAM 压水堆堆芯 中子扩散 核热耦合 杂质沉积
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横摇运动下铅铋回路热工水力特性数值研究
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作者 袁蓝飞 王成龙 +3 位作者 刘志鹏 苏光辉 秋穗正 田文喜 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第6期1151-1158,共8页
为研究横摇运动下铅铋回路系统热工水力特性,利用商用CFD软件开发了铅铋回路系统的计算模型以及横摇运动的计算方法,并采用实验数据对数值计算结果进行了验证,其中,横摇运动流量的最大偏差在3%以内。计算结果表明,横摇运动会使回路系统... 为研究横摇运动下铅铋回路系统热工水力特性,利用商用CFD软件开发了铅铋回路系统的计算模型以及横摇运动的计算方法,并采用实验数据对数值计算结果进行了验证,其中,横摇运动流量的最大偏差在3%以内。计算结果表明,横摇运动会使回路系统的自然循环流量发生周期性波动,流量波动的周期与运动周期一致,波动的幅度会随着横摇运动最大幅度的增大、运动周期的减小而增大,在最大摇摆角20°摇摆周期7.5 s工况下流量的瞬时波动最大达到了140%,并在一些时刻产生倒流现象。横摇运动也会让系统的流动和传热特性参数发生周期性的瞬时波动,这种波动的规律与自然循环流量的波动规律相似,其中Nu的最大瞬时波动达到了515%,最大时均波动可达66%。本研究获得的结果对横摇运动下的铅铋回路系统设计优化具有重要的工程应用价值和科学意义。 展开更多
关键词 液态铅铋合金 横摇运动 CFD 热工水力
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起伏对强迫循环下铅铋合金阻力及换热特性影响实验研究
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作者 赵亚峰 刘志鹏 +4 位作者 王成龙 于启帆 苏光辉 秋穗正 田文喜 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第8期1504-1513,共10页
受起伏运动的影响,铅铋回路的流量发生波动,流动阻力与换热特性会发生变化。本文采用实验方法,研究了起伏条件下强迫循环液态铅铋合金在竖直圆管内的流动阻力与换热特性。结果表明:起伏运动引起的瞬时附加压降峰值低于理论值;在强迫循环... 受起伏运动的影响,铅铋回路的流量发生波动,流动阻力与换热特性会发生变化。本文采用实验方法,研究了起伏条件下强迫循环液态铅铋合金在竖直圆管内的流动阻力与换热特性。结果表明:起伏运动引起的瞬时附加压降峰值低于理论值;在强迫循环下,起伏会造成回路流量周期性波动,在最大起伏幅度300 mm、周期4 s的工况下,流量瞬时波动最大达到16%。拟合得到了流量波动的无量纲数表达式。在强迫循环范围内,起伏运动下的管道时均摩擦阻力系数与静止条件下一致,起伏运动不会影响回路的时均传热特性。本研究结果可为起伏运动下反应堆设计提供数据参考。 展开更多
关键词 铅铋合金 起伏条件 流动换热 强迫循环
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弯曲变形工况下板状燃料堆芯三维热工水力特性分析
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作者 刘奚彤 刘凯 +4 位作者 王明军 王啸宇 田文喜 秋穗正 苏光辉 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第S01期67-78,共12页
板状燃料因其功率密度高、燃耗较深的特点,在诸多测试堆与实验堆中得到广泛应用。受堆内辐照、流致振动等常见预期瞬态影响,其狭长的冷却剂流道极易受压而发生弯曲变形,进一步影响堆芯换热并对反应堆安全造成威胁。本文依托OpenFOAM平... 板状燃料因其功率密度高、燃耗较深的特点,在诸多测试堆与实验堆中得到广泛应用。受堆内辐照、流致振动等常见预期瞬态影响,其狭长的冷却剂流道极易受压而发生弯曲变形,进一步影响堆芯换热并对反应堆安全造成威胁。本文依托OpenFOAM平台开发了板状燃料堆芯三维通道级热工水力分析程序CorTAF-PT,在数组矩形窄缝通道流动换热实验对比验证的基础上,针对IAEA 10 MW材料测试堆开展了弯曲变形工况下三维数值模拟,获得了全堆芯关键热工水力参数的多尺度分布特性,并对堆芯出口处热点偏移现象进行了分析。本研究对自主可控堆芯级高精度三维热工水力分析技术开发具有参考价值,同时也可为后续板状燃料堆芯事故安全分析的开展提供了基础。 展开更多
关键词 板状燃料 OPENFOAM 耦合换热 弯曲变形
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双模式热管堆非核原理样机热力特性数值分析
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作者 张凌义 李潘潇 +4 位作者 张胤 王成龙 田文喜 苏光辉 秋穗正 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第8期1525-1533,共9页
小型热管反应堆电源技术具有续航久、结构紧凑、环境适应性强、固有安全性高等优势,可以适配于多种领域。本文以双模式热管堆非核原理样机NUSTER2.0为对象,在COMSOL中建立高温热管、温差发电装置及斯特林装置理论模型并耦合形成系统模型... 小型热管反应堆电源技术具有续航久、结构紧凑、环境适应性强、固有安全性高等优势,可以适配于多种领域。本文以双模式热管堆非核原理样机NUSTER2.0为对象,在COMSOL中建立高温热管、温差发电装置及斯特林装置理论模型并耦合形成系统模型,对样机运行特性及力学特性进行数值仿真研究。15 kW加热功率稳态工况下,仿真结果与实验结果的热管温度分布及动、静态模块主要运行参数均吻合良好,最大相对误差为6.73%,初步验证了模型可靠性。变功率仿真结果确定了斯特林撞杆阈值为16.5 kW,并预估静态模块在25 kW附近达到效率峰值。系统启动瞬态仿真得到了“3-5-10-15 kW”阶梯式功率平台下的样机启动特性,并提出了样机启动策略。系统热力耦合稳态工况确定了样机应力危险区,并求得15 kW工况中堆芯热膨胀率为1.21%,热管-堆芯基体和热管-集热基体耦合处的最大应力分别为160 MPa和97 MPa。本文为NUSTER2.0样机的特性研究和实验设计提供了数值分析基础。 展开更多
关键词 双模式 热管堆 系统耦合模型 数值模拟
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钠冷快堆堆芯熔融物射流碎裂特性理论研究
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作者 葛魁 张亚培 +2 位作者 田文喜 苏光辉 秋穗正 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第2期251-263,共13页
在钠冷快堆严重事故下,堆芯熔融物可能掉入冷却剂中并与液态金属钠相互作用,导致熔融物的碎裂及凝固,并在堆芯捕集器或下封头内重定位形成堆芯碎片床。熔融物的射流碎裂特性直接关乎堆芯碎片床的冷却及再临界行为。本文基于线性稳定性... 在钠冷快堆严重事故下,堆芯熔融物可能掉入冷却剂中并与液态金属钠相互作用,导致熔融物的碎裂及凝固,并在堆芯捕集器或下封头内重定位形成堆芯碎片床。熔融物的射流碎裂特性直接关乎堆芯碎片床的冷却及再临界行为。本文基于线性稳定性理论、运动学方程和交界面修正拉普拉斯定律,推导出考虑沸腾和凝固效应的熔融物射流表面不稳定性增长方程,建立了液态金属钠中熔融物射流碎裂模型,并提出了典型环境中熔融物射流碎裂准则。随后使用熔融物射流碎裂模型对COSA实验结果进行了对比分析。本研究结果将为钠冷快堆严重事故的评估论证提供可靠工具,对严重事故缓解措施的设计也具有重要的指导意义和参考价值。 展开更多
关键词 钠冷快堆 熔融燃料与冷却剂相互作用 射流碎裂 COSA实验
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