第10讲CFD在核电工程中的应用

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第10讲CFD在核电工程中的应用
•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
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•纯水沸腾
•纳米流体沸腾
第10讲CFD在核电工程中的应用
•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
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第10讲CFD在核电工程中的应用
•仿真模拟平台－计算流体力学
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第10讲CFD在核电工程中的应用
•气泡动力学的基础理论研究
•气泡合成机 理
•气泡破碎机 理
•气泡剪切机 理
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第10讲CFD在核电工程中的应用
•近期发表的代表性研究论文
Classification of bubbles in vertical gas-liquid flow: Part 2 - A model evaluation, International Journal of Multiphase Flows, Vol. 39, pp.135-147 (2012).
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 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
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•CH F
第10讲CFD在核电工程中的应用
•非能动核电安全系统
第10讲CFD在核电工程中的应用
•核电站相关热力设备的流动优化
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第10讲CFD在核电工程中的应用
•核电站冷却塔模拟
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第10讲CFD在核电工程中的应用
•气泡多相流机理的实验研究
•1 X.Y. Duan, S.C.P. Cheung, G.H. Yeoh, J.Y. Tu, E. Krepper and D. Lucas, Gas-Liquid Flows in Medium and Large Vertical Pipes, Chemical Engineering Science, Vol. 66, pp. 872-883 (2011).
• Facility located at IRSN Saclay • Volume: 7 m3, height: 4.8 m • Wall temperature controlled • Test 101: depressurization test
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第10讲CFD在核电工程中的应用
•2 F.S. Qi, G.H. Yeoh, S.C.P. Cheung, J.Y. Tu, E. Krepper and D. Lucas, Classification of bubbles in vertical gas-liquid flow: Part 1 – Experimental Data Analysis, International Journal of Multiphase Flows, Vol. 39, pp. 121-134 (2012).
Population balance modeling of bubbly flows considering the hydrodynamics and thermomechanical processes, AIChE Journal, 54, 1689-1710(2008).
Bubble Departure Frequency in Forced Convective Subcooled Boiling Flow, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol.51, pp.6268-6282(2008).
Gas-Liquid Flows in Medium and Large Vertical Pipes, Chemical Engineering Science, Vol. 66, pp: 872-883 (2011)
Fundamental Consideration of Wall Heat Partition of Vertical Subcooled Boiling Flows, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol.51, pp.3840-3853 (2008).
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第10讲CFD在核电工程中的应用
•多相流计算和过冷沸腾研究专著和期刊
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第10讲CFD在核电工程中的应用
•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
On the modelling of population balance in isothermal vertical bubbly flows – average bubble number density approach, Chemical Engineering and Processing, Vol.46, pp. 742-756 (2007).
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第10讲CFD在核电工程中的应用
•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
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第10讲CFD在核电工程中的应用
•3
•先进反应堆的安全系统
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第10讲CFD在核电工程中的应用
•纳米流体在堆芯融化严重事故中的应用
•Storage tanks of nanoparticles
•Exp. rig in Tsinghua
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•Possible application
第10讲CFD在核电工程中的应用
•核污染物的扩散及致病机理的预测
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核反应堆安全系统模拟
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第10讲CFD在核电工程中的应用
•核电站厂址建筑群大气环境模拟
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第10讲CFD在核电工程中的应用
•核电厂址海湾流动模拟
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第10讲CFD在核电工程中的应用
•核电站相关设备的数值模拟与仿真
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•第三代核电技术
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•Example: AP1000 passive core cooling system
第10讲CFD在核电工程中的应用
•核岛及堆内流动的数值模拟与仿真
•Containment Atmosphere Mixing (CAM)
•Simulation of spray experiments performed in TOSQAN facility
堆芯融化事故模拟
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第10讲CFD在核电工程中的应用
反应堆系统模拟
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第10讲CFD在核电工程中的应用
反应堆堆芯模拟
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第10讲CFD在核电工程中的应用
反应堆燃料棒温度场模拟
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第10讲CFD在核电工程中的应用
核电蒸汽发生器数值模拟
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On the Numerical Study of Isothermal Vertical Bubbly Flow using Two Population Balance Approaches, Chemical Engineering Science, Vol. 62 4659– 4674 (2007).
第10讲CFD在核电工程 中的应用
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2020/11/2的严重性
•由于反应堆融化造成的核事故。
如何确保在突发情况下核反应 堆的可靠性？
•Three Mile Island, USA, 1979
•Chernobyl, SU, 1986
•Fukushima, Japan, 2011
•研究基础：国家973计划项目和国家自然科学基金项目
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第10讲CFD在核电工程中的应用
•27
3rew
演讲完毕，谢谢听讲!
再见，see you again
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2020/11/25
第10讲CFD在核电工程中的应用