冷热源高差对矩形自然循环回路不稳定性的影响

1、冷热源高差对矩形自然循环回路不稳定性的影响学号：2009151631学生姓名：王东东指导老师：郭 赟研究目的 自然循环系统中冷热源的高差决定论自然循环的驱动力大小，但是对不稳定性的影响规律尚缺乏标准，本课题采用Relap5为手段进行研究，通过不同高差下自然循环回路不稳定性的研究，总结出冷热源高差对矩形自然循环回路流动不稳定性的影响规律。研究背景l自然循环往往是流体在下部被加热,在上部或顶部被冷却, 依靠热段和冷段中流体密度差所产生的驱动压头来推动工质在闭合回路中流动l自然循环由于其结构简单、换热能力强、非能动等特点，在核能领域运用广泛l两相自然循环存在着不稳定性问题，对设备和运行安全有一定危害

2、，因此需要对其进行深入研究郭烈锦.两相与多相流动力学M.西安：西安交通大学出版社，2002：538-544P.研究现状基于基于RELAP5的的单通道自然单通道自然循环流动不循环流动不稳定性分析稳定性分析沸腾两相自沸腾两相自然循环回路然循环回路静态不稳定静态不稳定性的无量纲性的无量纲研究研究两相自然循两相自然循环环密度波不密度波不稳定性稳定性的实的实验研究验研究自然循环自然循环过过冷沸冷沸腾流动腾流动不稳定性的不稳定性的研究研究双通道自然循双通道自然循环沸腾系统中环沸腾系统中流动不稳定性流动不稳定性的研究的研究用用CIRCUS实实验数据验证用验数据验证用Relap5模拟自模拟自然循环下然循环下闪

3、蒸闪蒸引发的不稳定引发的不稳定性性邢立淼，郭赟，曾和义佟立丽, 姚伟，匡波，杨燕华，徐济鋆苏光辉，张金玲，郭玉君，秋穗正，贾斗南，喻真烷，郭予飞杨瑞昌，唐虹，王彦武Gonella V. Durga PrasadManmohan PandeyY. KozmenkovU. RohdeA. Manera利用relap5对自然循环回路进行建模定义参考尺度，运用无量纲分析法、一维均相流模型在水回路上进行不稳定性实验研究利用氟利昂12工质进行实验研究并用两相流漂移流模型数值计算，与实验结果比对采用relap5对并行双通道进行了参数振荡的研究用relap5对自然循环状态下闪蒸引发的不稳定性进行研究，与实验数

4、据比对得出系统不稳定性边界压力、上升段尺寸、欠热沸腾的影响（动态）研究两相静态不稳定特性，得出重要影响参数，研究静态分岔分析了系统压力、质量流密度、进口欠热度对系统稳定边界的影响得到高频（声波形脉动）和低频（密度波型脉动）脉动得到两个运行管道之间相互的影响关系模拟数据与实验数据契合良好（flashing-induced instabilities）主要任务深入学习自然循环的相关知识，重点是不稳定性方面学习Relap5程序及输入卡的编制Relap5程序的调试和运行，注意调试中的问题改变冷热源高差（至少3种），发现规律研究过程学习relap5针对所研究课题编写输入卡，并且设置边界条件运行程序，得出

5、并分析结果，根据结果进行调试调试完成，运行程序，得出结果，改变高差运行提取数据，作图分析，读取周期振幅，汇总数据分析数据，得出规律，从理论上进行解释调试中发现的问题功率的增加必须从小功率（5000瓦或更低）开始，不能从中间直接开始。否则就相当于给系统加了一个扰动，这样就会造成应该出现稳定的情况下出现不稳定性。在稳定区域增加功率时可以跨度较大（1000瓦），但是在即将出现不稳定时必须以最小的功率增幅（100瓦）增加，以免引入较大的扰动，最后得到不准确的结果。数据图周期振幅读取数据汇总高度差高度差m功率功率W空空泡份泡份额振幅额振幅质量质量流流量振幅量振幅kg/s周期周期s质量质量流流量量kg/s

6、平衡态平衡态空泡份空泡份额额平衡态平衡态质量含质量含气率气率2.5260000.640.078.00.120.380.00695.0327000.880.29 7.60.160.380.00697.5383000.880.30 5.60.200.390.007010.0438000.890.356.40.240.400.007112.5494000.910.377.20.290.420.0079得出结论随着矩形自然循环回路冷热源高差的增加，系统达到不稳定临界点后，系统各个参数的振动周期先缩短，后增长24681012145.56.06.57.07.58.0周期(s)高差(m)随着矩形自然循环回路

7、冷热源高差的增加，系统达到不稳定临界点的加热功率也随之增加23456789101112130.600.650.700.750.800.850.900.95 空泡份 额振幅 质量流 量振幅空泡份 额振幅高差(s)0.050.100.150.200.250.300.350.40质量流 量振幅随着矩形自然循环回路冷热源高差的增加，系统达到不稳定临界点后，系统的空泡份额和质量流量的振动振幅都有所增加2345678910111213250003000035000400004500050000 功率 流 量高差(m)功率(W)0.050.100.150.200.250.300.350.40质量流 量(kg/s)振幅变化解释密度波不稳定性：当流量增大时，加热段的换热能力增强，壁面温度降低，由此沸腾被抑制，产生的空泡变少，整个回路中作为驱动力的浮力降低，流量也随之降低，这样换热能力下降，导致重新出现沸腾，在加热段出现蒸汽，由此引起整个回路中作为驱动力的浮力增加，使流量增大，形成一个振动周期周期变化解释热负荷增加，实验段出口平衡含汽量也增加，工质平均密度减小，实验段中工质的质量流速增加，工质在实验段中的驻留时间缩短，所以周期变短，但是，随