密度鎖機(jī)理研究.pdf

1、密度鎖是一種非能動(dòng)設(shè)備，它的作用相當(dāng)于閥門，但是工作原理卻不同于閥門。密度鎖內(nèi)沒(méi)有任何活動(dòng)部件，從關(guān)閉狀態(tài)到打開(kāi)的過(guò)程中不需要任何操縱人員的干預(yù)也不需要外部動(dòng)力源，僅僅依靠系統(tǒng)內(nèi)工作介質(zhì)本身特性的改變來(lái)實(shí)現(xiàn)流體通路的截止或連通。因此，掌握密度鎖技術(shù)及其設(shè)計(jì)方法，對(duì)進(jìn)一步提高我國(guó)核電站的安全性有著非常重要的意義。
　　 本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究與理論分析相結(jié)合的方法，對(duì)密度鎖技術(shù)及其設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了研究。首先根據(jù)密度鎖的工作環(huán)境，遵循由簡(jiǎn)單

2、到復(fù)雜的原則，把密度鎖的工作條件分為4種：不存在外界擾動(dòng)的靜態(tài)條件；密度鎖上方存在水平剪切流動(dòng)的水平擾動(dòng)條件；密度鎖內(nèi)分層界面存在豎直振蕩運(yùn)動(dòng)的豎直振蕩條件；以及綜合考慮水平擾動(dòng)和豎直振蕩的綜合條件。然后，依次對(duì)各條件下密度鎖進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，分析各參數(shù)對(duì)密度鎖的影響。最后，總結(jié)研究結(jié)果，提出密度鎖設(shè)計(jì)方法，并進(jìn)行樣機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。主要工作和結(jié)果如下：
　　 (1)根據(jù)密度鎖的功能提出密度鎖的工作要求，確定研究步驟；建立密度鎖研究實(shí)驗(yàn)臺(tái)

3、，并對(duì)靜態(tài)條件下密度鎖特性進(jìn)行研究。研究結(jié)果表明：靜態(tài)條件下密度鎖內(nèi)可以形成非常明顯的分層，并且分層穩(wěn)定性好，溫度梯度大；通過(guò)對(duì)密度鎖內(nèi)傳熱傳質(zhì)進(jìn)行分析，證明了靜態(tài)條件下的分層能滿足隔離密度鎖兩側(cè)流體的要求，并得到在設(shè)計(jì)密度鎖結(jié)構(gòu)時(shí)需滿足的一個(gè)條件。
　　 (2)在靜態(tài)條件實(shí)驗(yàn)臺(tái)基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，建立模擬密度鎖上方存在水平剪切流動(dòng)的水平擾動(dòng)條件實(shí)驗(yàn)臺(tái)；通過(guò)改變流速、溫差和結(jié)構(gòu)等因素，研究各因素對(duì)密度鎖的影響。研究結(jié)果表明：密度鎖可

4、以分為混合區(qū)，分層區(qū)和恒溫區(qū)，其中分層區(qū)又分為強(qiáng)分層與弱分層，分層界面位于混合區(qū)與分層區(qū)之間；在分區(qū)模型的基礎(chǔ)上，把密度鎖內(nèi)溫度場(chǎng)分為A、B、C、D和E等5類，其中B類溫度場(chǎng)最佳，是密度鎖正常工作時(shí)的最佳選擇；當(dāng)水平流速較小時(shí)，分層形成后的溫度梯度大，溫度場(chǎng)接近靜態(tài)條件下的溫度場(chǎng)；當(dāng)水平流速較大時(shí)，分層形成的較晚且溫度梯度較??；當(dāng)水平流速超過(guò)某一臨界值時(shí)，密度鎖內(nèi)無(wú)法形成分層或分層很快消失，密度鎖失效；溫差的增大，導(dǎo)致分層溫度梯度增大，

5、密度鎖穩(wěn)定性增強(qiáng)；柵格結(jié)構(gòu)能增強(qiáng)密度鎖的抗擾動(dòng)能力，使分層形成位置靠上；建立水平擾動(dòng)條件下密度鎖內(nèi)傳熱模型，并與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比進(jìn)行驗(yàn)證。
　　 (3)在水平擾動(dòng)條件實(shí)驗(yàn)臺(tái)基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，建立模擬密度鎖內(nèi)分層界面存在上下振蕩的豎直振蕩條件實(shí)驗(yàn)臺(tái)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究豎直振蕩過(guò)程中振幅、頻率、溫差和結(jié)構(gòu)等因素對(duì)密度鎖的影響。研究結(jié)果表明：豎直振蕩過(guò)程使密度鎖內(nèi)換熱方式發(fā)生了轉(zhuǎn)變，從導(dǎo)熱變?yōu)閷?duì)流換熱，強(qiáng)化了密度鎖向外界散熱，從而導(dǎo)致在振蕩速度較