摘要
自然循环简化了核反应堆系统，提高了其固有安全性和非能动特性。因此自然循环在新型核反应堆系统中被越来越广泛地运用。同时，在核电站设备中，存在着并联和棒束通道。这些通道在运行过程中，可能会发生流动不稳定性。 本文研究了自然循环管形并联通道和自然循环棒束形通道的流动不稳定性特性。管形通道通过数值模拟建模方法进行研究，棒束通道则通过实验和数值模拟两种方法研究。 自然循环管形并联通道研究中，先根据已有的自然循环管形单通道实验数据进行RELAP5数值模拟建模，并与实验结果对比，验证建模的准确性和可靠性;再在此基础上进行管形并联通道实验台建模。通过驱动力方法分析了在热流密度逐渐增大过程中出现的两个通道内流量同向振荡和非同向振荡现象，发现每个通道内均发生了压力降流动不稳定性，并得出了相应的产生机理和边界。自然循环工况下，两个通道内的流量具有保持同向振荡的趋势。同向振荡过程中，包括沸腾、管间脉动、闪蒸和冷凝。其中，管间脉动时，造成了两个通道内的流量发生剧烈振荡。选取两个通道内流量产生非同向振荡时中的某一段作为分析对象，研究了其特征。最后，给出了自然循环管形并联通道的流动不稳定性边界图。 自然循环3×3棒束形通道研究中，分为实验部分和RELAP5数值模拟计算部分。实验部分主要研究了当稳压器连接在加热段下游时出现的流动不稳定性现象。通过计算分析，得出发生的流动不稳定性现象为压力降流动不稳定性。比较棒束通道两端的压降和系统压力与流量的关系，发现此关系为细长封闭曲线形状而非传统描述上的平行四边形，但是两者振荡机理类似。 基于自然循环棒束形通道实验台数据，用RELAP5对其建模。通过将数值模拟计算结果和实验结果对比，验证了程序建模的准确性和可靠性。再对实验过程中难以获得的条件或参数进行研究，如不同位置的流体密度、稳压器液位实时变化和更大热流密度运行条件(实验条件下最大热流密度为221.05 kW/m2)。通过驱动力方法分析了实验条件下未获得的更大热流密度下产生的流动不稳定性振荡，进一步扩大研究范围。最后给出自然循环棒束形通道流动不稳定性边界图，并验证了RELAP5在低压自然循环工况下的适用性。
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