第10讲CFD在核电工程中的应用

计算流体力学在核电安全设计中的应用

报告人：屠基元“千人计划”特聘教授教育部先进反应堆工程与安全重点实验室核能与新能源研究院核事故的严重性由于反应堆融化造成的核事故。ThreeMileIsland,USA,1979Chernobyl,SU,1986Fukushima,Japan,2011如何确保在突发情况下核反应堆的可靠性？3核能安全研究的重要性

能源需求及环境压力→大力发展核电目前我国是全球核电在建规模最大的国家最近，日本福岛核泄漏事故已在全球造成恐慌核电安全已成为国家安全和社会稳定的重要组成部分先进反应堆的安全系统

主要的问题是保证热流密度必须小于临界热通量CHF，以防核泄漏CHF日本福岛核电站用的是强制冷却安全系统-----第二代先进反应堆用的是非能动安全系统------第三代或第三代+

堆芯融化严重事故安全系统主要机理是自然循环沸腾传热非能动核电安全系统Example:AP1000passivecorecoolingsystem第三代核电技术核岛及堆内流动的数值模拟与仿真SimulationofsprayexperimentsperformedinTOSQANfacility

FacilitylocatedatIRSNSaclayVolume:7m3,height:4.8mWalltemperaturecontrolledTest101:depressurizationtestContainmentAtmosphereMixing(CAM)堆芯融化事故模拟反应堆系统模拟反应堆堆芯模拟反应堆燃料棒温度场模拟核电蒸汽发生器数值模拟核反应堆安全系统模拟核电站厂址建筑群大气环境模拟核电厂址海湾流动模拟核电站相关设备的数值模拟与仿真核电站相关热力设备的流动优化

核电站冷却塔模拟

气泡多相流机理的实验研究

1X.Y.Duan,S.C.P.Cheung,G.H.Yeoh,J.Y.Tu,E.KrepperandD.Lucas,Gas-LiquidFlowsinMediumandLargeVerticalPipes,ChemicalEngineeringScience,Vol.66,pp.872-883(2011).2F.S.Qi,G.H.Yeoh,S.C.P.Cheung,J.Y.Tu,E.KrepperandD.Lucas,Classificationofbubblesinverticalgas-liquidflow:Part1–ExperimentalDataAnalysis,InternationalJournalofMultiphaseFlows,Vol.39,pp.121-134(2012).仿真模拟平台－计算流体力学气泡动力学的基础理论研究气泡剪切机理气泡合成机理气泡破碎机理近期发表的代表性研究论文Classificationofbubblesinverticalgas-liquidflow:Part2-Amodelevaluation,InternationalJournalofMultiphaseFlows,Vol.39,pp.135-147(2012).Gas-LiquidFlowsinMediumandLargeVerticalPipes,ChemicalEngineeringScience,Vol.66,pp:872-883(2011)FundamentalConsiderationofWallHeatPartitionofVerticalSubcooledBoilingFlows,InternationalJournalofHeatandMassTransfer,Vol.51,pp.3840-3853(2008).Populationbalancemodelingofbubblyflowsconsideringthehydrodynamicsandthermomechanicalprocesses,AIChEJournal,54,1689-1710(2008).BubbleDepartureFrequencyinForcedConvectiveSubcooledBoilingFlow,InternationalJournalofHeatandMassTransfer,Vol.51,pp.6268-6282(2008).OntheNumericalStudyofIsothermalVerticalBubblyFlowusingTwoPopulationBalanceApproaches,ChemicalEngineeringScience,Vol.624659–4674(2007).Onthemodellingofpopulationbalanceinisothermalverticalbubblyflows–averagebubblenumberdensityapproach,ChemicalEngineeringandProcessing,Vol.46,pp.742-756(2007).多相流计算和过冷沸腾研究专著和期刊承担的国家自然科学基金项目“纳米流体在先进反应堆安全系统中的基础理论研究”纳米流体：临界热通量CHF提高200%纳米流体有望成为先进反应堆安全系统理想的冷却介质纳米流体沸腾的机理非常复杂，具有很多特殊现象急需深入研究：传热机理+核电安全应用传热机理研究－纳米颗粒沉积改善表面润湿度沸腾前沸腾后纯水沸腾纳米流体沸腾国内外研究进展－纳米流体核电安全应用MIT设计的纳米流体熔融堆芯冷却系统清华现有的IVR试验系统经简单改造后即可进行相关研究