《高溫氣冷堆準多孔介質流動與換熱特性研究》是依託清華大學，由李曉偉擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：高溫氣冷堆準多孔介質流動與換熱特性研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：李曉偉
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
高溫氣冷堆是一種很有發展前景的先進核能系統，對於解決能源、環境和可持續發展問題具有重要意義，其堆芯球床及蒸汽發生器管束內的安全傳熱還需要進一步深入研究。本項目以揭示橫掠高溫氣冷堆堆芯球床及蒸汽發生器管束對流換熱特性為目標，採用數值計算、實驗與理論分析相結合的方法研究橫掠堆芯球床及蒸汽發生器管束對流換熱的壁面效應、熱點擴散、變孔隙率等現象，確定描述壁面漏流、動量彌散、熱量彌散的理論模型及關鍵參數，從而建立適用於高溫氣冷堆堆芯球床及蒸汽發生器管束的多孔介質模型，實現對堆芯球床及蒸汽發生器管束的大規模數值模擬，進而研究高溫氣冷堆堆芯與蒸汽發生器在極端、複雜條件下流動與傳熱的不均勻性及溫度分布的不確定性，為深入了解高溫氣冷堆安全傳熱問題奠定基礎。
結題摘要
模組化球床高溫氣冷堆是具有第四代反應堆特徵的先進核反應堆，其最重要的傳熱現象為堆芯內氦氣冷卻劑橫掠燃料球球床對流換熱和蒸汽發生器內氦氣橫掠螺旋管束對流換熱。堆芯燃料球球床及蒸發器內螺旋管束均具有多孔介質的特點，只有採用多孔介質方法建立堆芯及蒸發器的整體模型，才能實現對其整體大規模數值模擬，從而綜合研究各種不確定性因素對堆芯及蒸發器溫度分布均勻性及不確定性的影響，為進一步深入認識高溫氣冷堆的安全性和進一步提高其運行參數奠定基礎。本項目採用理論分析、數值計算結合實驗的方法系統研究了高溫氣冷堆堆芯燃料球球床、蒸汽發生器螺旋管束的局部對流換熱特性和等效溫度擴散係數等多孔介質特性，然後基於球床及管束的特點建立了堆芯燃料球球床及蒸發器管束的整體多孔介質模型，實現了能夠綜合考慮各種複雜因素的堆芯球床及蒸汽發生器管束的大規模數值模擬。本項目取得的主要成果有：（1）基於管束內熱點擴散的解析解提出了新的管束混合係數分析方法，並用實驗結果進行了驗證，指出了橫掠管束混合效應的不同組成及各自的份額，得到了高溫氣冷堆蒸發器管束的混合係數。用數值計算方法研究了具有壁面效應的橫掠管束對流換熱特性，發現了橫掠管束的壁面漏流現象並解釋了其機理；（2）基於管束多孔介質特點建立了高溫氣冷堆蒸發器的多孔介質模型，進而開發了基於多孔介質模型的高溫氣冷堆螺旋管式直流蒸發器管殼側耦合換熱二維分析程式SG-MIX。在此程式的基礎上全面研究了幾何偏差，熱工水力偏差，堵管效應等對蒸發器溫度不確定性的影響；（3）採用數值計算方法研究了具有典型堆積方式的燃料球表面對流換熱特性，得到了燃料球表面及內部溫度分布。基於理論分析和實驗結果，獲得了隨機堆積球床孔隙率分布特性，包括隨機堆積球床孔隙率分布機率、壁面孔隙率分布、隨機堆積球床孔隙率極值等；（4）基於球床多孔介質特點建立了堆芯多孔介質模型，實現了對堆芯的整體二維數值模擬，從而能夠分析在堆芯實際分布功率下，隨機孔隙率、極值孔隙率、壁面漏流等現象對堆內流動及溫度分布不確定性的影響。
