气泡在液态铅铋合金内上升行为的数值模拟

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1、第49卷增刊原子能科学技术Vo1．49，Supp1．2015年5月AtomicEnergyScienceandTechnologyMay2015气泡在液态铅铋合金内上升行为的数值模拟赵云淦，牛风雷，单祖华(华北电力大学核科学与工程学院，北京102206)摘要：为利用气泡提升泵的概念设计来增加铅铋合金非等温回路的自然循环能力，需对充人回路的气泡大小进行选择。气泡的初始直径能显著影响气泡提升泵提升自然循环的能力。利用VOF模型，对不同初始直径的氦气泡在液态铅铋合金中的提升作用进行了数值模拟研究。结果表明，对于

2、单个气泡，随着初始直径增大，提升能力呈先增加后趋于不变的趋势；初始直径较大的气泡易分裂生成较小的子气泡附着在管壁上，有影响传热效率的潜在可能。研究了在静止液态铅铋合金中，不同初始直径的氦气泡上升速度和上升高度与时间的关系及气泡分裂的原因。关键词：液态铅铋合金回路；气泡提升泵；气泡上升；气泡分裂；数值模拟中图分类号：TI334文献标志码：A文章编号：10006931(2015)SO一0278一O5doi：10．7538／yzk．2015．49．SO．O278NumericalSimulationonBubb

3、leRisingBehaviorinLiquidLead—bismuthAlloyZHA0Yun—gan，NIUFeng-lei，SHANZu—hua(SchoolofNuclearScienceandEngineering，NorthChinaElectricPowerUniversity，Beijing102206，China)Abstract：Inordertousethedesignconceptionofbubble—liftpumptoenhancethenatu—ral—circulatio

4、nabilityoflead—bismuthalloynon—isothermalcircuit，thefilingloopbubblesizeneedstobechosen．Theinitialdiameterofbubblehasamarkedimpactonenhan—cingthenatural—circulationabilityforbubble—liftpump．Inthispaper，theVOFmodelwas,usedtodoaseriesofnumericalsimulationso

5、ntheliftingeffectofheliumbubbleswithdifferentinitialdiametersinliquidlead—bismuthalloy．Forthesinglebubble，theliftingabilityincreasesfirstlyandthenhasanapproximateconstantwiththeincreaseofinitialdiameter．Thebubblewithabiggerinitialdiameteriseasytosplitinto

6、smallbubbleswhichattachonthetubewall，anditmightpotentiallyaffecttheheattransfereffi—ciency．Therisingvelocityandrisingheightofheliumbubbleswithdifferentinitialdiametersversustimeinthestaticliquidlead—bismuthalloyandthecauseofbubbledivi—sionwerestudied．收稿日期

7、：20150104；修回日期：201501—23基金项目：国家自然科学基金资助项目(91326108)作者简介：赵云淦(1989一)，男，新疆博乐人，硕士研究生，核能科学与工程专业增刊赵云淦等：气泡在液态铅铋合金内上升行为的数值模拟279Keywords：liquidlead—bismuthalloyloop；division；numericalsimulation在铅冷快堆(LFR)和加速器驱动的次临界回路具备一定的自然循环能力。在位于加热器系统(ADs)设计中，可采用气泡提升泵对一回的下游设有气体注入

8、孑L，通过向回路内注入一路进行冷却[1]。气泡提升泵在液态金属回路中定参数惰性气体，来增强回路内液态铅铋的自的操作是在加热管段下游的上升管段充入气然循环能力。体，被加热的气体在浮力和与液态金属的摩擦阻力的共同作用下上升，从而起到加速液态金2控制方程及计算模型属流动的作用。气泡提升泵相对于传统机械2．1控制方程泵，可更少地介入回路系统，可靠性较高，维护考虑表面张力的动量方程为：简单。俄罗斯提出的第4代铅铋冷却快堆RBEC—Ml_