流動不穩定指的是流量發生震盪、飄移或者反流的現象。
基本介紹
- 中文名：流動不穩定性
- 外文名：Flow instabilities
流量震盪有多種原因，可能是由於氣泡產生引起的，也可能是由於設計或者加工導致的不合理機械阻力引起的。兩相流中的氣泡受到微小擾動後，容易發生流量漂移或流量振盪。振盪的振幅可以是恆定的，也可以是變化的。堆芯內一個通道的流量震盪會引起周邊通道的流量再分配，於是導致更大範圍的流動不穩定。流動不穩定是要儘可能避免的，因為它可能引起部件的疲勞或熱疲勞破壞；也可能使系統的傳熱性能變壞，造成沸騰換熱惡化，已有的經驗表明流動不穩定可以使防止偏離泡核沸騰所需要的臨界熱流密度下降約40%；還可能幹擾控制系統，在冷卻劑兼作慢化劑的反應堆中，這個問題會尤其嚴重。因此，流動不穩定性的研究對反應堆的設計和安全分析是非常重要的。已有的經驗表明，在壓水堆核電廠正常運行的情況下，流動不穩定性並不突出，只有在額定流量下功率上升到滿功率的150%的情形下，才需要考慮流動不穩定。不過，在自然循環的情況下，由於流量小，流動不穩定需要十分關注。
穩態流動不穩定性包括萊迪內格（Ledinegg）不穩定性（或叫流量漂移）和流型不穩定性等。萊迪內格不穩定性的特點是系統內的流量會發生非周期性的漂移，即流量會從一個數值改變為另一個數值。這是因為系統的水力特性曲線的某一區域是多值的，即一個驅動頭對應幾種流量。可採用在系統入口處加節流件或增加系統壓力等方法使帶多值性區的水力特性曲線轉變成單值性曲線，從而消除萊迪內格不穩定性。在圖中，2點的斜率小於零，是不穩定的。曲線I是改變了管路的水力特性後的單值性曲線，消除了斜率為負的不穩定點。
帶多值性區的水力特性曲線
帶多值性區的水力特性曲線瞬態流動不穩定性包括密度波不穩定性、脈動、聲波振盪和熱振盪等。在加熱的沸騰通道中，若某一熱工參數發生擾動，例如，暫時減少通道入口的流量，將使流體比焓升高，平均空泡份額也隨著提高，平均密度下降。那么這一擾動勢必影響到流動壓降及傳熱性能。某種情況下，經過多次的反饋作用，會形成流量、空泡份額（或密度）和壓降的振盪，它稱為密度波（或空泡波）不穩定性，是比較常見的一種瞬態流動不穩定性。在沸水反應堆內，密度的振盪還會引起反應性的變化，核效應的反饋作用使一般的流體動力學不穩定性變得更加複雜。實驗證明，提高系統壓力，加大通道進口節流度，縮短通道加熱長度和增加質量流速都可增加流動穩定性，減少發生密度波振盪的可能性。
