小型非能动安全壳热分层机理研究

摘要

小型模块化反应堆（如NuScale）的安全壳容器浸没在冷却水池中，用来排出LOCA条件下安全壳内的热量。这种非能动系统的传热效率受壳外冷却水池内热分层的影响。因此，研究冷却水池内的热分层具有重要的意义。
　　本文通过实验和数值模拟对NuScale冷却水池中的热分层现象进行了研究。根据NuScale小型堆进行模化，确定尺寸比为1/20，用不锈钢容器来模拟安全壳。在不锈钢容器内均匀布置四个加热棒，模拟堆芯衰变热。通过在冷却水池布置热电偶来测量关键位置处的温度;同时利用粒子图像测速技术PIV获得速度场。分别对4种不同加热功率下水池内的瞬时速度和温度场进行了实验研究。此外，本文还应用ANSYS FLUENT软件对水池内的瞬态速度场和温度场进行了数值模拟。
　　实验结果表明:安全壳侧壁面附近的流体向上流动，到达项部后转为水平流动。同时，冷却水池中出现热分层。对不同加热功率下的温度场进行分析，得到了加热功率和时间对热分层的影响。数值模拟结果表明，k-ε模型的模拟结果与实验结果吻合较好。随着加热时间的增加，热分层逐渐变强，混合界面位置向上移动。此外，在相同的计算时间内，热分层的梯度随功率的增加而增加。

目录

声明

摘要

Abstract

Contents

Chapter 1 Introduction

1．1 Background and Significance

1．2 Research Status

1．3 Research outlines

Chapter 2 Theory analysis of thermal stratification

2．1 Thermal stratification outside SMR’s containment

2．2 Examples of thermal stratification in different systems

2．2．1 Lake thermal stratification

2．2．1 Storage tank thermal stratification

Chapter 3 Experiments studies on thermal stratification

3．1 Experiment model

3．2 Heating and power control system

3．3 Data acquisition system

3．3．1 Temperature measurement

3．3．2 Velocity measurement

3．3 Experimental Conditions and Procedures

Chapter 4 CFD simulation

4．1 Governing Equations

4．2 Mesh details

4．3 Boundary conditions

4．4 General setting

4．5 Validation

Chapter 5 Results and discussion

5．1 Temperature distribution

5．2 Velocity distribution

5．3 Flow pattern

Chapter 6 Conclusion and prospects

6．1 Conclusion

6．2 Prospects

References

Papers puplished during the master’s degree

Acknowledgments