跨臨界過程相變行為的實驗和數(shù)值研究.pdf

1、最近幾年來，在第四代先進核能系統(tǒng)研發(fā)熱潮背景下，國內外對第四代反應堆系統(tǒng)開展了大量研究工作。超臨界水冷堆作為第四代堆型中唯一的水堆，吸引了眾多之前以壓水堆為研究方向的研究人員的目光。超臨界流體有著一些優(yōu)秀的熱工水力性能，但是也相應的帶來了一系列的問題，冷卻劑跨臨界過程就是其中之一。尤其是冷卻劑跨臨界過程是超臨界水冷堆在事故情況下必然會面臨的情況，因此需要進一步研究超臨界水冷堆在跨臨界過程中面臨的風險。
　　本論文針對超臨界氟利昂R

2、134a流體，因其較低的臨界溫度和壓力，進行相關實驗和系統(tǒng)程序的開發(fā)、驗證研究。首先搭建 STAFF（Sub/Supercritical Transient Facility of Freon）實驗裝置，研究氟利昂 R134a在容器中經歷泄壓跨臨界時流體的溫度壓力等參數(shù)的變化。其次，搭建SMOTH（Supercritical Model fluid Thermal-Hydraulics test facility）實驗裝置，研究氟利昂R

3、134a在單管中流動傳熱時，系統(tǒng)壓力跨臨界過程的傳熱特性。最后，對系統(tǒng)程序ATHLET在運行工質為氟利昂 R134a的跨臨界過程的適用性進行評估，在此基礎上對ATHLET程序進行二次開發(fā)，即通過增加氟利昂R134a的物性和傳熱、傳質、阻力等相關模型，獲得超臨界氟利昂適用的系統(tǒng)程序ATHLET-SCF（SuperCritical Freon）。并將實驗數(shù)據(jù)和ATHLET-SCF程序進行比較，進一步驗證了ATHLET-SCF程序在氟利昂R1

4、34a跨臨界過程中應用的有效性。
　　論文的主要工作包括：
　　1.靜止容器內跨臨界泄壓瞬態(tài)研究：自行設計和建立 STAFF實驗裝置，開展超臨界氟利昂R134a在靜止容器內泄壓跨臨界實驗，獲得泄壓瞬態(tài)時流體壓力溫度等參數(shù)的變化，并分析了各參數(shù)對泄壓過程的影響。
　　2.單管流動傳熱跨臨界泄壓瞬態(tài)研究：自行設計和建立 SMOTH實驗裝置，開展超臨界氟利昂R134a在單管流動傳熱時，系統(tǒng)壓力跨臨界瞬態(tài)實驗，獲得降壓瞬態(tài)時單

5、管沿軸向的壁面溫度等參數(shù)的變化，并分析了流量、主流溫度和熱流密度對壁面溫度變化的影響。
　　3. ATHLET程序對跨臨界過程的開發(fā)和適用性評價：分析ATHLET程序在運行工質為氟利昂R134a跨臨界過程的適用性，通過增加超臨界氟利昂R134a的物性計算子程序、傳熱、相間質量轉換、阻力模型，獲得 ATHLET-SCF程序版本，最后利用本論文的實驗數(shù)據(jù)與ATHLET-SCF程序計算結果對比，驗證程序的適用性和可靠性。
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