超临界压力区域流动不稳定研究

作为超临界水冷堆的设计和研究基础，进行超临界压力区域流动不稳定性研究具有重要的实际意义和理论价值。本项目针对超临界水冷堆堆芯的结构特点，进行超临界压力区域流动不稳定性研究，包括方形环腔单通道及并联通道超临界区流动不稳定实验研究、超临界压力区方形环腔流动不稳定特征的理论分析，结合超临界压力拟临界点水物性的剧烈变化特性，利用实验和理论分析结合的方法，得出超临界压力区方形环腔单通道和并联通道内发生流动不稳定的基本特征以及影响因素，分析不稳定发生的机理，得出超临界区水冷堆堆芯通道内流动不稳定的预测模型，为我国发展新一代反应堆提供理论和技术基础。

作为第四代核反应堆，超临界水冷堆可以进一步提高轻水堆的经济性并且可以同时充分利用超临界火力发电的相关技术，是我国未来电力发展的主要方向，同时超临界火电技术也在迅猛发展。本项目针对超临界流动不稳定性进行了实验和数值模拟研究，为超临界水冷堆的设计和安全运行以及超临界火电相关技术提供了重要的数据和理论支撑。通过对并联内螺纹管亚临界条件下的不稳定性研究，获得了超临界水冷堆在滑压运行阶段出现流动不稳定的特征规律及内在机理，分析了主要影响因素。结果表明，系统压力和系统可压缩容积对压力降型脉动有较大影响，当系统压力大于6MPa时或者系统上游不加入脉冲箱时就不会产生压力降型脉动。另外，不管是压力降型脉动还是密度波型脉动，在相同的工作条件下，垂直并联内螺纹管的系统稳定性基本上高于倾斜内螺纹管。通过对超临界方形环腔单通道和垂直上升并联管的流动不稳定性实验发现了超临界条件下可能发生拟临界点脉动、类压力降型脉动以及密度波型脉动等三种主要脉动。详细研究了三种主要脉动的基本特征以及各主要参数对三种脉动的影响。研究发现了当实验工况和系统结构确定时热负荷是决定流动不稳定性的唯一因素。拟临界点脉动产生的必备条件是实验段入口较低而实验段出口水温必须达到拟临界点温度。在同种工况下，发生拟临界点型脉动、类压力降型脉动和密度波型脉动的界限热负荷依次增大。系统结构对拟临界点脉动和类压力降型脉动影响较大，减少系统的可压缩容积可以大大减少拟临界点脉动和类压力降型脉动的发生。无论发生哪种脉动，增加质量流量或者系统压力均有利于系统的稳定。利用数值模拟软件对超临界条件下进行了流动不稳定CFD研究，获得了超临界流动不稳定性的计算方法，得到更宽广参数范围内流动不稳定性的特征、产生的机理以及各主要参数的影响。