一種判定鉛鉍流體發(fā)生熱分層現(xiàn)象的方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種判定鉛鉍流體發(fā)生熱分層現(xiàn)象的方法，步驟：(1)在鉛鉍管路中安裝測(cè)溫元件，通過(guò)測(cè)溫元件對(duì)冷側(cè)流體與熱側(cè)流體的溫度分別進(jìn)行測(cè)量，分別得到冷側(cè)流體的溫度T1和熱側(cè)流體的溫度T2，(2)根據(jù)鉛鉍流體密度擬合公式以及T1和T2，得到T1和T2溫度下鉛鉍流體的密度ρ1和ρ2；(3)對(duì)現(xiàn)有的浮升力公式、慣性力公式和體脹系數(shù)公式進(jìn)行擬合，得到無(wú)量綱準(zhǔn)則數(shù)公式；(4)將ρ1、ρ2帶入無(wú)量綱準(zhǔn)則數(shù)公式，計(jì)算出無(wú)量綱準(zhǔn)則數(shù)；(5)當(dāng)無(wú)量綱準(zhǔn)則數(shù)＜1，鉛鉍流體熱分層現(xiàn)象不存在，當(dāng)無(wú)量綱準(zhǔn)則數(shù)＝1時(shí)，鉛鉍流體開(kāi)始出現(xiàn)熱分層現(xiàn)象，當(dāng)無(wú)量綱準(zhǔn)則數(shù)＞1時(shí)，鉛鉍流體有熱分層現(xiàn)象，隨著無(wú)量綱準(zhǔn)則數(shù)的增大，熱分層現(xiàn)象變得更穩(wěn)定。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種判定鉛鉍流體發(fā)生熱分層現(xiàn)象的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于核安全和熱工流體計(jì)算領(lǐng)域，具體涉及到鉛鉍流體熱分層現(xiàn)象算法。【背景技術(shù)】
[0002]加速器驅(qū)動(dòng)的次臨界堆(ADS)是最有前景的分離-嬗變技術(shù)之一，理想的長(zhǎng)壽命放射性廢物焚燒爐。鉛鉍合金(LBE)的熔點(diǎn)低、沸點(diǎn)高，具有良好的中子學(xué)性能、傳熱性能，與水接觸不發(fā)生劇烈反應(yīng)等，已成為目前ADS設(shè)計(jì)中散裂靶兼冷卻劑的首選材料。ADS主要由強(qiáng)流質(zhì)子加速器、外源中子產(chǎn)生器、次臨界反應(yīng)堆和電力輸出系統(tǒng)構(gòu)成。鉛鉍實(shí)驗(yàn)回路的設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)研究，鉛鉍合金物理化學(xué)性質(zhì)及熱工水力特性研究，對(duì)保障整個(gè)ADS系統(tǒng)的安全運(yùn)行有重要意義。
[0003]然而鉛鉍回路在重力方向上由于溫度的不同而引起的流體密度的差異，造成冷流體處于下方，熱流體處于上方的現(xiàn)象稱為熱分層現(xiàn)象。熱分層現(xiàn)象是引起熱疲勞的主要原因，鉛鉍熱分層現(xiàn)象對(duì)ADS系統(tǒng)熱工水力產(chǎn)生重要影響，伴隨第四代先進(jìn)堆的研發(fā)，熱分層問(wèn)題研究應(yīng)受到足夠重視。局部熱應(yīng)力產(chǎn)生周期性變化會(huì)導(dǎo)致熱疲勞損壞等將嚴(yán)重影響反應(yīng)堆安全。在核能領(lǐng)域中，每次啟堆與停堆，設(shè)備管道的熱疲勞現(xiàn)象都會(huì)直接影響到反應(yīng)堆的安全性。T.muramatsu指出，快堆停堆后，上腔室內(nèi)會(huì)產(chǎn)生熱分層現(xiàn)象，對(duì)反應(yīng)堆容器以及容易內(nèi)部構(gòu)件造成巨大的熱應(yīng)力。為了防止這種現(xiàn)象，世界各國(guó)核電站都采取了相應(yīng)措施，如日本根據(jù)“電氣事業(yè)法”規(guī)定了熱應(yīng)力的上限。國(guó)內(nèi)外對(duì)鉛鉍的熱分層現(xiàn)象熱分層以及熱疲勞現(xiàn)象的研究尚處于起步階段，但是對(duì)水的熱分層現(xiàn)象已經(jīng)有了較多的研究，其中國(guó)外以日本、法國(guó)、美國(guó)居多。在日本，奧四恭令根據(jù)核電站發(fā)生的事例，對(duì)溫度變化的原因和故障發(fā)生時(shí)設(shè)備的狀態(tài)以及事例的特征進(jìn)行了調(diào)整，將其分成了 7種形態(tài)并一一解答，其中形態(tài)1、3、4、5都是熱分層現(xiàn)象。形態(tài)I為主管道向支管道的流入，主管道的熱流體會(huì)對(duì)支管中的冷水產(chǎn)生一定的穿透作用，并在底層發(fā)生熱分層現(xiàn)象。形態(tài)3為高溫水與低溫水混合，會(huì)產(chǎn)生層分離現(xiàn)象。形態(tài)4閥門(mén)的密封滲透引起流體的滲入，造成熱分層現(xiàn)象。形態(tài)5為隔離存在溫差閥泄露時(shí)，閥座的泄露引起熱分層現(xiàn)象；日本PNC的專(zhuān)家也開(kāi)發(fā)了一種程序AQUA,來(lái)模擬和評(píng)估熱分層現(xiàn)象以及對(duì)結(jié)構(gòu)的影響。在法國(guó)，法國(guó)H.0hshima將金屬快中子增殖堆中溫度波動(dòng)現(xiàn)象集中分析4種問(wèn)題:熱分層，熱疲勞，堆芯-空腔的耦合作用和自由液面的晃動(dòng)；Nubu0.nakamori搭建了試驗(yàn)臺(tái)架,對(duì)核電廠的安注系統(tǒng)直管的熱分層現(xiàn)象進(jìn)行了研究。美國(guó)人D.tenchine對(duì)鈉冷快堆某些部位的熱疲勞進(jìn)行了研究。在國(guó)內(nèi)，陳麗程，盧冬華對(duì)水的熱分層做了流場(chǎng)模擬，改進(jìn)了傳統(tǒng)的?；椒?。然而對(duì)于熱分層現(xiàn)象的判斷還存在以下問(wèn)題:
[0004]第一、目前國(guó)內(nèi)外對(duì)鉛鉍流體的熱分層現(xiàn)象的研究尚處于初級(jí)階段，例如:P.agostini等對(duì)一維的鉛秘自然循環(huán)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。Sehgal等針對(duì)TALL實(shí)驗(yàn)回路進(jìn)行了鉛鉍的熱工水力實(shí)驗(yàn)。W.Ambrosini等在PIZZA回路進(jìn)行了氬氣注入影響鉛鉍流量的實(shí)驗(yàn)。Weimin Ma等對(duì)重金屬回路的自然循環(huán)穩(wěn)態(tài)進(jìn)行了研究。吳宜燦等國(guó)內(nèi)利用KYLIN-1回路首次開(kāi)展了“加速器驅(qū)動(dòng)次臨界堆(ADS)結(jié)構(gòu)材料(316L、TP91、CLAM鋼等)在液態(tài)流動(dòng)鉛鉍中的腐蝕服役性能”實(shí)驗(yàn)研究，為ADS材料服役性能研究提供可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。G.Coccoluto等對(duì)NAICE回路采用實(shí)驗(yàn)研究了注入IS氣增強(qiáng)鉛秘自然循環(huán)流量。
A.V.Besnosov等對(duì)高溫下的鉛和鉛鉍流體的速度場(chǎng)和溫度場(chǎng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)段為環(huán)形和圓形；
[0005]第二、現(xiàn)有技術(shù)中，對(duì)熱分層現(xiàn)象的判斷僅僅依靠利用體脹系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)值進(jìn)行判斷，然而傳統(tǒng)判斷方法需要測(cè)量鉛鉍流體的體積，在循環(huán)中的鉛鉍流體的體積是不易測(cè)量的，增加了測(cè)量的難度；
[0006]由于上述問(wèn)題的存在，本發(fā)明人對(duì)現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行研究和改進(jìn)，以便能研究出快速、高效、便捷并且不依賴于傳統(tǒng)的體脹系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)值進(jìn)行計(jì)算的一種判定鉛鉍流體發(fā)生熱分層現(xiàn)象的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明人進(jìn)行了銳意研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn):對(duì)國(guó)內(nèi)外學(xué)者所擬合的鉛鉍流體密度進(jìn)行了再擬合，減小了鉛鉍流體在某一溫度下密度的誤差。通過(guò)查圖的方式，得到該溫度下鉛鉍流體的 密度，再利用計(jì)算程序直接判定鉛鉍流體是否發(fā)生熱分層現(xiàn)象，簡(jiǎn)化了計(jì)算，也可以不利用體脹系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)值，得到體脹系數(shù)的精確值，增加了整個(gè)計(jì)算的精度。從而完成本發(fā)明。
[0008]本發(fā)明的目的在于提供以下方面:
[0009]第一方面、一種判定鉛鉍流體發(fā)生熱分層現(xiàn)象的方法，其特征在于:該方法包括以下步驟:
[0010](I)在鉛鉍管路中安裝測(cè)溫元件，通過(guò)測(cè)溫元件對(duì)冷側(cè)流體與熱側(cè)流體的溫度分別進(jìn)行測(cè)量，分別得到冷側(cè)流體的溫度T1和熱側(cè)流體的溫度T2,
[0011](2)根據(jù)鉛鉍流體密度擬合公式以及T1和T2,分別得出在T1和T2溫度下鉛鉍流體所對(duì)應(yīng)的冷側(cè)流體密度P 1和熱側(cè)流體密度P2;其中，所述鉛鉍流體密度擬合公式如下所示:
[0012]P LBE = 11113.6-1.34.T
[0013]其中，T為溫度，其單位是K，P LBE為鉛鉍流體密度，其單位是kg/m3 ；
[0014](3)對(duì)浮升力公式、慣性力公式和體脹系數(shù)公式進(jìn)行擬合，得到無(wú)量綱準(zhǔn)則數(shù)公
式，所述無(wú)量綱準(zhǔn)則數(shù)公式為?
【權(quán)利要求】
1.一種判定鉛鉍流體發(fā)生熱分層現(xiàn)象的方法，其特征在于:該方法包括以下步驟: (1)在鉛鉍管路中安裝測(cè)溫元件，通過(guò)測(cè)溫元件對(duì)冷側(cè)流體與熱側(cè)流體的溫度分別進(jìn)行測(cè)量，分別得到冷側(cè)流體的溫度T1和熱側(cè)流體的溫度T2, (2)根據(jù)鉛鉍流體密度擬合公式以及T1和T2,分別得出在T1和T2溫度下鉛鉍流體所對(duì)應(yīng)的冷側(cè)流體密度P 1和熱側(cè)流體密度P2，其中所述鉛鉍流體密度擬合公式如下所示:
P LBE = 11113.6-1.34.T 其中，T為溫度，其單位是K，P LBE為鉛鉍流體密度，其單位是kg/m3 ； (3)對(duì)浮升力公式、慣性力公式和體脹系數(shù)公式進(jìn)行擬合，得到無(wú)量綱準(zhǔn)則數(shù)公式，所
述無(wú)量綱準(zhǔn)則數(shù)公式為? ^
2.如權(quán)利要求1所述的一種判定鉛鉍流體發(fā)生熱分層現(xiàn)象的方法，其特征在于: 在步驟(2)中，根據(jù)鉛鉍流體密度擬合公式繪制得到鉛鉍流體的密度圖，并根據(jù)該圖以及T1和T2,分別得出在T1和T2溫度下鉛鉍流體的密度P i和P 2。
3.如權(quán)利要求1所述的一種判定鉛鉍流體發(fā)生熱分層現(xiàn)象的方法，其特征在于:步驟(I)中的測(cè)溫元件為熱電偶。
4.如權(quán)利要求1所述的一種判定鉛鉍流體發(fā)生熱分層現(xiàn)象的方法，其特征在于:在步驟(3)中，通過(guò)浮升力公式和慣性力公式進(jìn)行擬合得到Ri合成公式，Ri合成公式再與體脹系數(shù)公式進(jìn)行擬合，得到上述無(wú)量綱準(zhǔn)則數(shù)公式。
5.如權(quán)利要求4所述的一種判定鉛鉍流體發(fā)生熱分層現(xiàn)象的方法，其特征在于:所述浮升力公式為
6.如權(quán)利要求4所述的一種判定鉛鉍流體發(fā)生熱分層現(xiàn)象的方法，其特征在于:所述慣性力公式為
7.如權(quán)利要求4所述的一種判定鉛鉍流體發(fā)生熱分層現(xiàn)象的方法，其特征在于:所述體脹系數(shù)公式為
【文檔編號(hào)】G06F19/00GK103971010SQ201410211548
【公開(kāi)日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2014年5月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月19日
【發(fā)明者】周濤, 李云博, 霍啟軍, 宋明強(qiáng) 申請(qǐng)人:華北電力大學(xué)