含內(nèi)熱源球床通道換熱特性研究.pdf

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

2、隨機(jī)填充球床模型,通過(guò)數(shù)值計(jì)算的方法對(duì)球床通道內(nèi)部的各種參數(shù)進(jìn)行了分析。本文的主要研究工作和結(jié)果如下:
　　1.對(duì)含內(nèi)熱源球床通道內(nèi)的單相對(duì)流換熱特性進(jìn)行了分析。結(jié)果表明:質(zhì)量流速、入口過(guò)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(duì)流換熱系數(shù)明顯增加。綜合考慮這些參數(shù)對(duì)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(wú)量綱換熱關(guān)系式,該關(guān)系式計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值的相對(duì)偏差在±20％范圍以內(nèi)

3、。
　　2建立了三維隨機(jī)填充球床模型,通過(guò)數(shù)值計(jì)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(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值符合良好,驗(yàn)證了模型的可靠性,計(jì)算結(jié)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(shí)該區(qū)域?yàn)楦邷貐^(qū);當(dāng)相鄰兩球球心連線與豎直方向夾角在45o-90o之間時(shí),流體進(jìn)入夾縫區(qū)域后流速增大,使得換熱增強(qiáng),表現(xiàn)為該區(qū)域流體溫度較低。
　　3.對(duì)含內(nèi)

4、熱源球床通道內(nèi)過(guò)冷沸騰起始點(diǎn)的主要影響因素進(jìn)行了研究。結(jié)果表明,工質(zhì)過(guò)冷度、質(zhì)量流速和球徑是過(guò)冷沸騰起始點(diǎn)的重要影響因素,過(guò)冷沸騰起始點(diǎn)所需的熱流密度隨著工質(zhì)過(guò)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(guò)冷沸騰起始點(diǎn)的判定關(guān)系式,該關(guān)系式的預(yù)測(cè)值與實(shí)驗(yàn)值相對(duì)偏差在±25%范圍以內(nèi)。在對(duì)沸騰起始點(diǎn)進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上,通過(guò)可視化觀察,并結(jié)合球床通道自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),認(rèn)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(gè)密實(shí)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(duì)每類汽泡的受力進(jìn)行分析,得出到了各自的生長(zhǎng)及脫離規(guī)律。
　　4.對(duì)含內(nèi)熱源球床通道內(nèi)的各種滯后現(xiàn)象進(jìn)行了研究,分別以滯后溫差和滯后面積來(lái)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(jié)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