熔盐堆余热排出系统自然循环不稳定性分析

摘要

在熔盐堆正常或事故停堆时，非能动余热排出系统是保障熔盐堆安全的重要系统之一。本文以熔盐堆余热排出系统为研究对象，设计并搭建了两套熔盐堆水冷式非能动余热排出系统的实验装置。通过实验的方法对系统的流动和传热过程进行了研究，分析并总结了系统中出现的流动不稳定现象，为熔盐堆非能动余热排出系统的工程设计和优化提供基础依据。
　　本文根据研究目的和内容，进行了系统自然循环过冷沸腾实验、系统稳定自然循环饱和沸腾传热流动实验以及流动不稳定工况的实验。依据实验数据对熔盐堆非能动余热排出系统的传热特性以及系统运行时出现的流动不稳定现象对系统热工水力特性的影响进行了分析和研究。同时文中还对电加热实验系统进行了数学建模，根据数学模型对系统中的传热过程进行了理论计算，并将理论计算结果同实验值进行了对比。
　　实验结果表明，熔盐堆余热排出系统能够很好的满足余热排出的要求，安全可靠的将熔盐产生的热量导出;系统在运行时会出现间歇喷泉及密度波振荡两种流动不稳定现象。证实了外层套管和中间套管间气隙层的辐射换热发挥了重要作用，其在实验范围内约占单根换热元件换热量的47％～68％。非能动余热排出系统的传热速率对边界温度的变化很敏感，故当高温熔盐刚进入排盐罐时，系统传热特性好，能及时导出熔盐中的余热;随着熔盐温度降低，系统排热能力减弱，又有利于防止熔盐温度过低而冻结。同时实验证明，增大系统加热功率及提高中心管入口温度，可以显著规避实验中出现的流动不稳定现象。为保证熔盐堆水冷式非能动余热排出系统能够快速、安全地投入运行，建议系统长期处于低功率运行且熔盐呈熔融态的热备用状态。理论计算结果显示和实验值的符合程度很好，两者的误差在16％之内，并验证了实验中出现的流动不稳定现象。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1课题研究背景

1．2国内外研究现状

1．2．1自然循环不稳定性研究现状

1．2．2自然循环系统运行特性研究现状

1．3本课题主要研究内容和研究方法

第2章实验装置及实验方案

2．1熔盐堆余热排出系统模拟试验台

2．1．1实验装置

2．1．2参数测量

2．1．3实验前准备工作

2．1．4正式实验

2．2电加热套管实验台

2．2．1实验装置

2．2．2参数测量

2．2．3实验内容和实验步骤

2．3本章小结

第3章熔盐堆余热排出系统特性

3．1系统传热特性

3．1．1换热元件传热模型

3．1．2系统的排热能力

3．1．3热阻分析

3．1．4中间套管温度分布和沸腾换热系数

3．2系统流动特性

3．3本章小结

第4章换热元件中的流动不稳定性分析

4．1间歇喷泉振荡不稳定分析

4．1．1蓄热段

4．1．2喷涌阶段

4．1．3间歇喷泉不稳定机理

4．1．4间歇喷泉振荡特性

4．1．5间歇喷泉振荡的规避

4．2密度波振荡分析

4．2．1振荡特征分析

4．2．2振荡机理

4．2．3振幅和周期

4．2．4振荡边界

4．3小流量波动分析

4．4本章小结

第5章自然循环系统建模分析

5．1系统模型

5．1．1控制方程

5．1．2壁面传热计算

5．1．3系统模型

5．2电加热实验台试验结果验证

5．2．1网格敏感性

5．2．2实验对比验证

5．3冷却水突然注入

5．4模拟试验台流动不稳定验证

5．5本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢