含內(nèi)熱源球床通道換熱特性研究.pdf

1、球床水冷反應堆由于其小型化、長壽命和安全性高等優(yōu)點被很多研究者所關注。其堆芯是典型的含內(nèi)熱源隨機填充球床結構,基于安全的考慮,堆芯內(nèi)的換熱規(guī)律,過冷沸騰起始點的變化規(guī)律等諸多問題則成為關注的重點。迄今為止,公開發(fā)表的相關研究報告十分有限,因此,研究含內(nèi)熱源球床通道內(nèi)的對流換熱特性以及沸騰起始點的變化規(guī)律具有重要的意義。
　　本文主要對含內(nèi)熱源球床通道內(nèi)的單相流動與換熱規(guī)律,過冷沸騰起始點和沸騰滯后現(xiàn)象等內(nèi)容進行了研究,并建立了三維

2、隨機填充球床模型,通過數(shù)值計算的方法對球床通道內(nèi)部的各種參數(shù)進行了分析。本文的主要研究工作和結果如下:
　　1.對含內(nèi)熱源球床通道內(nèi)的單相對流換熱特性進行了分析。結果表明:質(zhì)量流速、入口過冷度和球徑是主要影響因素。隨著質(zhì)量流速的增加,入口水溫的降低和球徑的減小,對流換熱系數(shù)明顯增加。綜合考慮這些參數(shù)對換熱的影響,使用多元線性回歸方法擬合出了適用于含內(nèi)熱源球床通道的無量綱換熱關系式,該關系式計算值與實驗值的相對偏差在±20％范圍以內(nèi)

3、。
　　2建立了三維隨機填充球床模型,通過數(shù)值計算得到了球床內(nèi)部的平均換熱系數(shù)以及溫度、壓力和速度等參數(shù)的分布規(guī)律。換熱系數(shù)的計算值與實驗值符合良好,驗證了模型的可靠性,計算結果還表明,如果相鄰兩球的球心連線與豎直方向夾角在0o-45o之間,則夾縫區(qū)域流體的流速很小,此時該區(qū)域為高溫區(qū);當相鄰兩球球心連線與豎直方向夾角在45o-90o之間時,流體進入夾縫區(qū)域后流速增大,使得換熱增強,表現(xiàn)為該區(qū)域流體溫度較低。
　　3.對含內(nèi)

4、熱源球床通道內(nèi)過冷沸騰起始點的主要影響因素進行了研究。結果表明,工質(zhì)過冷度、質(zhì)量流速和球徑是過冷沸騰起始點的重要影響因素,過冷沸騰起始點所需的熱流密度隨著工質(zhì)過冷度的減小而降低;隨著質(zhì)量流速和球徑的增加而增大。綜合考慮以上三種參數(shù)的影響,擬合出了球床通道內(nèi)過冷沸騰起始點的判定關系式,該關系式的預測值與實驗值相對偏差在±25%范圍以內(nèi)。在對沸騰起始點進行研究的基礎上,通過可視化觀察,并結合球床通道自身的結構特點,認為通道內(nèi)產(chǎn)生的汽泡可分為

5、四類:普通表面上的汽泡、兩球角縫區(qū)的汽泡、多個密實堆積球之間的汽泡和疏松排列區(qū)大孔隙內(nèi)的汽泡。分別對每類汽泡的受力進行分析,得出到了各自的生長及脫離規(guī)律。
　　4.對含內(nèi)熱源球床通道內(nèi)的各種滯后現(xiàn)象進行了研究,分別以滯后溫差和滯后面積來表征成核滯后和溫度偏離滯后的程度,分析了各種滯后現(xiàn)象產(chǎn)生的原因和變化規(guī)律。結果表明:靠近球床出口和徑向中心位置成核滯后現(xiàn)象較明顯;流速和表面粗糙度增加,溫度偏離滯后的程度明顯增加;由于球床通道中存在