《納米流體在先進反應堆安全系統中套用的基礎理論研究》是依託清華大學，由屠基元擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：納米流體在先進反應堆安全系統中套用的基礎理論研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：屠基元
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
熔融物堆內滯留-壓力容器外部冷卻（IVR-ERVC）是緩解堆芯熔融嚴重事故，保證反應堆安全的重要策略之一。冷卻介質在反應堆壓力容器底封頭處的沸騰傳熱係數和臨界熱通量是決定IVR-ERVC系統熱裕量的兩個重要參數。鑒於納米流體在強化沸騰傳熱和提高臨界熱通量方面的巨大潛力，以及不對反應堆主系統設計構成干擾的優勢，課題組提出了採用納米流體替代常規冷卻介質（水）作為IVR-ERVC系統冷卻介質的新思路，並開展了大量的前期工作，初步證明了納米流體套用於IVR-ERVC系統的可行性。本項目就是在前期研究的基礎上將沒有深入研究的問題及研究中發現的新問題進一步深入下去，擬研究納米顆粒沉積對金屬表面形態的影響規律及其提高沸騰傳熱係數和臨界熱通量的機理，分析納米流體在受限夾層空間內的沸騰兩相流行為，並根據上述結果建立納米流體沸騰兩相流多維理論模型，為我國CAP1400核電技術的開發奠定必要的理論和實踐基礎。
結題摘要
熔融物堆內滯留-壓力容器外部冷卻（IVR-ERVC）是緩解堆芯熔融嚴重事故，保證反應堆安全的重要策略之一。鑒於冷卻介質在反應堆壓力容器底封頭處的沸騰傳熱係數（HTC）和臨界熱通量(CHF)決定了IVR-ERVC系統熱裕量的大小，如何提高冷卻介質的傳熱性能成為關乎反應堆安全的關鍵。近年來向基液中加入納米顆粒製成納米流體以其高效、簡便等特點成為最有前景的強化換熱的方法之一。大量實驗表明，即便對於濃度極低的稀相納米流體（納米顆粒體積濃度小於0.1%）其CHF相比於其基液的提高幅度可高達200%。可預見，採用納米流體替代常規冷卻介質作為IVR-ERVC系統冷卻介質成為未來防範沸騰危機、保障核反應堆安全的新思路。但是作為一種全新的介質，納米流體的核態沸騰具有很多不同於純工質的新奇特性。例如，實驗觀測到在納米流體沸騰過程中，納米顆粒會沉積到加熱壁面上，同時汽泡在加熱壁面上的生長及脫離行為也會發生變化。不僅如此，納米顆粒泡狀流的兩相流結構也不同於純工質泡狀流。人們對於這些現象的內在機理還缺乏足夠的認識，相應的理論預測模型尚無建立，這大大阻礙了納米流體在工業系統中的套用。因此，本課題通過對納米流體的新奇特性進行基礎理論研究，旨在建立適用於納米流體的沸騰傳熱模型，以期實現對於納米流體傳熱性能的準確預測。 本課題的研究依據納米流體的特性分為兩個部分：第一部分探究了納米顆粒對於加熱壁面的作用，包括：(1)納米流體沸騰過程中納米顆粒在加熱壁面上的沉積過程及機理以及納米顆粒沉積對加熱壁面形態和性質（表現於壁面粗糙度、潤濕度、多孔性及毛細作用等）的影響，(2)加熱壁面形態及性質的變化對於壁面上的汽泡成核、生長及脫離行為以及納米流體沸騰傳熱性能（包括傳熱係數及臨界熱通量）的影響，(3)納米顆粒沉積對於汽泡下方的微液層導熱的影響及微液層內納米顆粒的布朗運動增強導熱的機理分析；第二部分探究了納米顆粒對於氣液兩相流結構的影響，包括：(1)納米流體泡狀流的流動參數（截面含氣率，氣泡速度，氣泡尺寸及界面濃度等）的變化分析，(2)納米顆粒對於氣泡受力的影響（升力和曳力等）及機理分析，(3)納米顆粒對於氣泡聚合的影響及機理分析。本課題在基礎理論研究的基礎上首次建立了納米流體兩相流沸騰模型，為我國CAP1400核電技術的開發奠定了必要的理論基礎。
