表面特性对热面向下沸腾临界热流密度影响的实验研究

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1、表面特性对热面向下沸腾临界热流密度影响的实验研究(申请清华大学工程硕士专业学位论文)培养单位：热能工程系工程领域：动力工程研究生：龚亚丽指导教师：李俊明教授联合指导教师：张会勇高工二○一七年八月ExperimentalResearchontheSurfaceFeaturesEffectsonCHFofDownward-facingSurfacesThesisSubmittedtoTsinghuaUniversityinpartialfulfillmentoftherequirementfortheprofessi

2、onaldegreeofMasterofEngineeringbyGongYali(PowerEngineering)ThesisSupervisor:ProfessorLiJunmingAssociateSupervisor:ProfessorZhangHuiyongAugust，2017摘要摘要堆芯熔融物堆内滞留（In-VesselRetention，IVR）策略是目前核电严重事故缓解的重要策略之一。其实现的关键是控制事故发生时压力容器下封头各部位的临界热流密度（CriticalHeatFlux，CHF）大于

3、当地实际热流密度。随着核电厂功率水平的提高，IVR策略的有效性受到反应堆压力容器外壁面CHF的限制。表面特性是临界热流密度的重要影响因素，研究表面特性对加热面向下的沸腾临界热流密度的影响对于探寻提高压力容器下表面临界热流密度的方法，进而为堆芯熔融物堆内滞留策略成功实施提供更大热流密度余裕的方法具有重要意义。本文以尺寸200mm×50mm×0.97mm的316不锈钢板为加热表面，以去离子水为工质，通过流动沸腾实验研究了0°（下朝向）、10°、18°、26°、34°、42°、54°、62°、70°、78°、82°、9

4、0°（竖直）等加热面倾角下的沸腾临界热流密度及传热情况，分别通过池沸腾实验和流动沸腾实验研究了0.498μm、1.3μm、2.3μm、3.2μm、4.3μm、6.3μm、9.3μm等粗糙度条件下的沸腾临界热流密度。实验结果表明，流动沸腾实验中，0°到42°范围内，CHF随加热面倾角增大而增大，沸腾换热系数随加热面倾角增大而减小。而54°到90°范围内，除70°和90°时CHF异常高外，CHF则随加热面倾角增大呈现减小趋势，沸腾换热系数依然随加热面倾角增大而减小。粗糙度的实验中，流动沸腾与池沸腾实验CHF随粗糙度变

5、化的趋势一致，流动沸腾实验CHF整体高于池沸腾。对于流动沸腾实验和池沸腾实验，粗糙度在2.3μm以前，随粗糙度增大，CHF增大，但粗糙度一旦大于3.2μm，增大粗糙度对CHF的无提升作用。增大加热面倾角，同一粗糙度对应的CHF增大，但CHF随粗糙度变化的趋势不变。关键词：CHF；下朝向面；加热面倾角；粗糙度IAbstractAbstractIn-vesselretention(IVR)isoneofthekeysevereaccidentmanagementstrategiesusedatsomenuclearp

6、owerplants.TomaketheIVRstrategyeffective,thecriticalheatflux(CHF)ofthedownward-facingsurfaceofthereactorpressurevessel(RPV)mustbebiggerthanlocalheatfluxinasevereaccident.Withtheadvancingofnuclearpower,theeffectivenessoftheIVRstrategyislimitedbythecriticalheat

7、fluxoftheRPVdownward-facingcriticalheatflux.SurfacecharacteristicsaffectCHFalot.TofindouthowsurfacecharacteristicsaffectCHFisveryimportantforexploringthemethodsofimprovingCHFandenlargingthemarginoftheIVRstrategy.Experimentswereperformedtoexploretheeffectsofor

8、ientationandsurfaceroughnessonCHFof200mm×50mm×0.97mm316stainlesssteelwithdeionizedwaterasworkingmedium.Theeffectsoforientationincludingangles0°（downward-facing）、10°、18°、26°、34°、42°、54°、62