自然循环过冷沸腾流动不稳定性的实验的研究.pdfVIP

中国工程热物理学会多相流学术会议 编号：986019 自然循环过冷沸腾流动不稳定性的实验研究 杨瑞昌王彦武唐虹施德强鲁钟琪 清华大学热能工程系，北京00084 摘要本文以氟里昂作工质，对自然循环过冷沸腾流动不稳定性进行了实验研究，重点研究 了自然循环系统内过冷沸腾流动不稳定性的发生机理以及系统操作参数对流动不稳定性的影响 规律。实验过程中发现自然循环系统内可能发生高频脉动和低频脉动二种类型的过冷沸腾流动 不稳定性，通过实验研究揭示了这二种类型流动不稳定性的发生机理，。证实高频脉动属于声波 型脉动，低频脉动属于密度波型脉动。通过实验锝出了判断系统稳定性的界限，并使用积分方 程无因次分析方法得出了预测密度波型流动不稳定性的经验公式。 1、前言 自然循环在核动力部门有着重要的应用前景，它不仅可以作为反应堆发生事故后冷却的主 要手段，还可以作为反应堆主要的循环方式，以减少系统对外界电源的依赖，提高安全性。研 究采用自然循环的反应堆所能达到的功率水平具有重要意义，而流动不稳定性是限制设各功率 的主要因素之一。对于压水反应堆一回路系统发生自然循环过冷沸腾流动不稳定性文献有所报 道‘-，”，但研究不多，本文以氟里昂作工质，对自然循环过冷沸腾流动不稳定性进行了实验研 究。 2、实验系统及实验参数 图1是氟里昂一12实验系统示意图，系统布置模拟压水堆一回路系统，垂直加热段在下方， 冷却器在上方，中间有不加热的上升管和下降管相连。在加热段出口布置有电容式空泡仪，用 以测量加热段出口的截面含汽率。不受热上 升管由透明石英管构成，用以观察系统内发 生流量脉动时不受热上升管内工质的流动状 态。加热段两端布置有压差变送器，用以测 量加热段内工质的流动压降。加热段用不锈 钢管直接通电加热，用稳压器调节系统压力。 为了研究加热段的几何结构对系统功率水乎 和运行安全性的影响，实验过程中使用了二 种不同结构的加热段，加热段I为不锈钢管， 管内径为21埘朋，加热管长992m埘；加热 段Ⅱ为环形通道，内管为不锈钢加热管，管 外径lOmm，管长1065mm，不加热的外管 为内径19ram的不锈钢管。实验参数范围为： 系统压力P=o．9～2．4／W__Pa，入口过冷度 x。。=(h。一h，)／△矗自一0．61～一0．08，其中 厅h，和△^。分别为工质的入口焓、饱和 图1试验系统示意图 液体焓和汽化潜热，加热功率0=1．2～ 13K矽。 I一50 国家自然科学基金资助项目 3、实验方法及实验结果 对每个实验工况，对给定的加热段结构，固定系统压力、入口过冷度和下降管上的阀门开 度，不断增加加热段加热功率，使系统内发生流量脉动。本文把发生流量脉动前的临界(闽值) 状态所对应的加热功率称为流量脉动起始点加热功率。由加热段I所得到的发生流量脉动的典 型记