自然循环流动闪蒸的形成机理及不稳定性研究

The natural circulation flow flashing technology can effectively improve the natural circulation capacity of the primary coolant and increase the heat transfer efficiency. It is an extremely effective technical measure to improve the inherent safety of the floating nuclear power plant. At present, the research on the formation mechanism of natural circulation flow flashing is still remain in the preliminary research stage, especially the lack of effective prediction model. In the present study, theoretic analysis, CFD simulation and experimental validation were introduced to study the natural circulation flow flashing characteristics and formation mechanism. Based on fully studying of the development process and the gas-liquid interface heat transfer characteristics, it is expected that the generation mechanism of natural circulation flow flashing as well as its physical process will be clarified. Combining the experimental and numerical results, a wider and more accurate flash starting point model will be given. Methods for judging the occurrence and calculating flow and heat transfer of natural circulation flow flashing will be given finally, consequently forming a relatively complete theory about natural circulation flow flashing. As a result, an approach to enhance the steady-state natural circulation flow flashing were explored, which will provide a science criterion to the optimal design and miniaturization of the nuclear power plant system.

自然循环流动闪蒸是指发生在自然循环回路上升段内的流动降压沸腾现象，在反应堆中使用该技术可有效增强冷却剂自然循环能力，是提高浮动核电站固有安全性水平的有效技术措施。目前对于自然循环流动闪蒸的发生条件、传热特性等方面还停留在初步研究阶段，特别是缺乏有效的预测模型。本项目以自然循环流动闪蒸机理及不稳定性为研究目标，重点关注自然循环流动闪蒸的发生条件、物理过程及影响因素，采用理论分析、实验研究和数值模拟相结合的方法，探讨自然循环流动闪蒸机理，尝试给出适用范围更广且精度更高的闪蒸起始点模型，综合分析系统参数的影响规律和机理，探索改善自然循环流动闪蒸运行稳定性的技术途径。在此基础上，建立准确的CFD模型，模拟单相自然循环向两相自然循环的转换特性，明确自然循环回路内稳定闪蒸流动的形成机理。本项目的完成，有利于全自然循环反应堆主冷却剂系统设计和分析程序的开发，也有利于社会对浮动核电站的安全性的认识和信赖。

自然循环流动闪蒸技术可有效增强冷却剂自然循环能力，是提高浮动核电站固有安全性水平的有效技术措施。本项目旨在采用理论分析、实验研究和数值模拟相结合的方法，探讨自然循环流动闪蒸机理，给出适用范围更广且精度更高的闪蒸起始点模型，获得改善自然循环流动闪蒸运行稳定性的技术途径。已完成研究内容及结果包括：1）根据自然循环流动闪蒸问题的相变传热、传质机理，建立了能够恰当考虑气液两相间以及与壁面间多向耦合的物理模型；从曳力、升力、壁面润滑力、湍流耗散力及湍流相互作用等方面出发，结合模型理论、实验条件和模拟结果，对各个作用力模型进行分析。2）建立数值模拟分析程序，合理考虑可以较好地模拟管内沸腾流动传热过程的两相流计算模型，使之可得较好地预测两相流场中气体空泡份额分布和液体温度分布；针对自然循环回路内的自然循环流动闪蒸现象进行了模拟研究，对模拟中边界条件不确定性和模型不确定性做出初步研究。3）研究特定热工参数和结构参数对自然循环流动闪蒸稳定性边界的影响；分析自然循环回路内稳态流动闪蒸的形成机理，提出实现稳态自然循环流动闪蒸的途径及方法。本项目研究内容全面、综合性强，结果丰富，可为自然循环流动闪蒸机理、两相沸腾换热模型、微沸腾自然循环技术等方面提供重要参考和思路。研究工作均按照既定计划进行，发表高质量论文共十余篇。