氦氙混合气体冷却反应堆单通道程序开发 被引量：8

1

作者 李杨柳 赵守智 +1 位作者 孙征 张焱 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第1期41-45,共5页

闭式布雷顿循环在大功率空间核电源方面具有广阔的应用前景。采用氦氙混合气体作循环工质可提高布雷顿循环的性能,且由于其良好的换热能力,可直接用作反应堆的冷却剂。在概念设计阶段,为适应频繁改动反应堆设计的需要,开发了氦氙混合气... 闭式布雷顿循环在大功率空间核电源方面具有广阔的应用前景。采用氦氙混合气体作循环工质可提高布雷顿循环的性能,且由于其良好的换热能力,可直接用作反应堆的冷却剂。在概念设计阶段,为适应频繁改动反应堆设计的需要,开发了氦氙混合气体冷却反应堆单通道分析程序。其中氦氙混合气体的物性参数采用理论方法预测。程序采用FORTRAN 90语言编写,并集成画图功能。程序可用于计算环形流道和圆管流道,通过对同一个算例的单通道计算结果与FLUENT计算结果或实验数据进行对比,初步验证了程序的正确性。 展开更多

关键词 空间核电源 氦氙混合气体 单通道

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圆管内氦氙混合气体与超临界二氧化碳换热特性对比分析 被引量：1

2

作者 宁可为 刘凯 +4 位作者 孙汝雷 赵富龙 游尔胜 余霖 谭思超 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期450-458,共9页

小型化、高紧凑反应堆系统是陆上多用途能源供给的研究重点,直接热-动循环下的能量转换对冷却剂工质选型提出极高要求。为了明确氦氙混合气体、超临界二氧化碳的工质适用性,本文采用数值模拟方法,对二者在圆管内的换热特性进行计算,对比... 小型化、高紧凑反应堆系统是陆上多用途能源供给的研究重点,直接热-动循环下的能量转换对冷却剂工质选型提出极高要求。为了明确氦氙混合气体、超临界二氧化碳的工质适用性,本文采用数值模拟方法,对二者在圆管内的换热特性进行计算,对比了2种冷却剂的物性,分析了不同加热功率、入口速度、入口温度对冷却剂换热系数的影响,拟合提出了2种冷却剂工质圆管内换热的经验模型。研究结果表明:反应堆在加热功率超过100 kW/m~2、入口流速大于10 m/s下,对流换热系数较大;氦氙混合气体入口温度在1 000~1 200 K、超临界二氧化碳在入口温度550~600 K附近时,对流换热系数存在极大值;在高雷诺数区(Re>10~4),2冷却剂的修正关系式与计算值吻合良好。本文计算能够为新型反应堆开发提供数据及模型基础。 展开更多

关键词 小型反应堆 氦氙混合气体 超临界二氧化碳 圆管通道 数值模拟 模型修正 换热特性 安全特性

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紧密栅棒束通道氦氙混合气体流动传热特性数值模拟研究

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作者 张嘉鑫 鲍辉 +1 位作者 丛腾龙 顾汉洋 《核动力工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期53-60,共8页

针对氦氙冷却高温气冷堆堆芯设计和分析需求,本研究建立了一套涵盖物性模型、湍流模型与湍流普朗特数模型的氦氙混合气体三维流动传热模型,并基于此模型开展了棒束通道内氦氙混合气体流动传热数值分析,研究几何参数和运行参数对相关特... 针对氦氙冷却高温气冷堆堆芯设计和分析需求,本研究建立了一套涵盖物性模型、湍流模型与湍流普朗特数模型的氦氙混合气体三维流动传热模型,并基于此模型开展了棒束通道内氦氙混合气体流动传热数值分析,研究几何参数和运行参数对相关特性的影响规律。结果表明:包壳存在会对紧密栅棒束通道内流动传热带来较大的周向非均匀性,在子通道模拟及整体三维数值模拟中均应考虑包壳导热影响;除包壳外,紧密栅棒束通道内氦氙流动传热则主要受栅径比影响,同一工况下栅径比越大,混合气体对流换热越强烈。 展开更多

关键词 紧密栅棒束 氦氙混合气体 流动传热特性

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氦氙气冷反应堆系统无保护控制事故安全分析

4

作者 廖浩仰 明杨 +5 位作者 陈宝文 赵富龙 秦傲翔 高璞珍 田瑞峰 谭思超 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期1750-1759,共10页

小型氦氙气冷反应堆布雷顿循环系统作为第4代先进反应堆,具有轻质、紧凑、系统简单和启停迅速等优点,十分适合用于偏僻地区和岛屿的能源供应。基于Modelica语言通过对各关键设备进行模块化动态建模,开发了氦氙气冷反应堆布雷顿循环系统... 小型氦氙气冷反应堆布雷顿循环系统作为第4代先进反应堆,具有轻质、紧凑、系统简单和启停迅速等优点,十分适合用于偏僻地区和岛屿的能源供应。基于Modelica语言通过对各关键设备进行模块化动态建模,开发了氦氙气冷反应堆布雷顿循环系统分析程序,并进行程序可靠性验证。模拟了系统稳态工况和事故瞬态变工况,重点分析了反应性引入和容积控制系统错误投入等瞬态工况的动态响应特性。结果表明:系统分析程序仿真结果较为合理,系统具有一定自稳、自调能力,需采取措施控制转子转速下降速率。本文结果可为氦氙气冷反应堆布雷顿循环系统的安全特性分析提供理论基础。 展开更多

关键词 闭式布雷顿循环 事故分析 氦氙混合气体 系统建模 程序仿真

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基于运行状态的氦氙布雷顿循环气体组分分析 被引量：1

5

作者 王浩明 陈金利 +1 位作者 王园丁 郭曼丽 《火箭推进》 CAS 2023年第3期76-82,共7页

氦氙气体的组分保持是氦氙布雷顿能量转换系统长期稳定运行的基础,而无论是工质气体的泄漏还是充填量的调节都有可能导致系统中的氦氙气体组分发生变化,进而影响系统运行状态。通过对氦氙布雷顿系统的动态仿真计算,得到了气体组分发生... 氦氙气体的组分保持是氦氙布雷顿能量转换系统长期稳定运行的基础,而无论是工质气体的泄漏还是充填量的调节都有可能导致系统中的氦氙气体组分发生变化,进而影响系统运行状态。通过对氦氙布雷顿系统的动态仿真计算,得到了气体组分发生变化时系统运行的差异。当气体组分发生变化时,系统共同工作线将发生偏移,尤其是气体摩尔质量变小时,共同工作线向喘振线偏移;并且在到达满功率输出时,压气机喘振裕度变小,且需要更高的涡轮入口温度;同时会导致回热器热侧温度入口提高,不利于系统的稳定运行。基于系统仿真结果提出了在额定转速下以负荷率、流量为变量的氦氙气体组分计算方法,为实现氦氙布雷顿循环工质组分变化的监控和调节提出了新思路。该方法中,流量的精确测量是提高组分分析精度的重要保障。 展开更多

关键词 布雷顿循环 氦氙工质 运行状态 动态仿真 气体组分

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空间核反应堆电源闭式Brayton循环热力学分析 被引量：4

6

作者 杨谢 石磊 《清华大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第9期821-826,共6页

空间核反应堆电源闭式Brayton循环一般采用氦-氙混合气体作为循环工质和反应堆冷却剂,设计者为选择合适的循环工质,需研究氦-氙混合气体配比成分变化对循环效率的影响。该文建立空间核反应堆电源闭式Brayton循环热力学模型,采用Fortran... 空间核反应堆电源闭式Brayton循环一般采用氦-氙混合气体作为循环工质和反应堆冷却剂,设计者为选择合适的循环工质,需研究氦-氙混合气体配比成分变化对循环效率的影响。该文建立空间核反应堆电源闭式Brayton循环热力学模型,采用Fortran 95编程对其进行热力学分析,从绝热系数、回热器回热度、相对压损系数的变化分析了氦-氙混合气体摩尔质量变化对循环效率的影响。结果表明：绝热系数对循环效率的影响较小;回热器回热度越大,循环效率越高;相对压损系数越大,循环效率越低。由于氦-氙混合气体摩尔质量的增加,会降低空间Brayton循环压气机和透平级数,因此选择使回热器回热度达到最大时的配比成分He-8.6%Xe作为循环工质,在给定循环冷/热端温度为403K/1 300K的条件下,可以获得29.18%的循环效率。 展开更多

关键词 空间核反应堆电源 闭式Brayton循环 氦-氙混合气体 热力学分析

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氦-氙混合气体物性对布雷顿循环影响分析 被引量：9

7

作者 杨谢 石磊 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第8期1407-1414,共8页

将对应态原理用于Chapman-Enskog理论修正,得到的半经验公式可较好地预测二元惰性混合气体物性。采用Fortran 95开发了氦-氙混合气体物性计算程序,分析了氦-氙混合气体物性随摩尔质量、温度、压力的变化关系。在此基础上分析了物性变化... 将对应态原理用于Chapman-Enskog理论修正,得到的半经验公式可较好地预测二元惰性混合气体物性。采用Fortran 95开发了氦-氙混合气体物性计算程序,分析了氦-氙混合气体物性随摩尔质量、温度、压力的变化关系。在此基础上分析了物性变化对空间布雷顿循环的绝热系数、对流换热性能、阻力特性的影响。结果表明:压力为2.0 MPa、温度为400K时,随着摩尔质量的增加,氦-氙混合气体的绝热系数由0.40(纯氦气)增加到0.44(纯氙气);混合气体相对于纯氦气的相对对流换热系数随摩尔质量的增加呈先增大后减小的趋势,在15g/mol附近取得极大值;相对压损系数则随摩尔质量的增加单调递增。分析结果可为氦-氙混合气体在空间核反应堆电源中的应用提供设计依据。 展开更多

关键词 氦-氙混合气体物性 空间核反应堆电源 布雷顿循环

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618kW氦氙工质向心透平流场及气动特性研究 被引量：3

8

作者 徐森锫 罗磊 +2 位作者 杜巍 周逊 王松涛 《汽轮机技术》 北大核心 2020年第5期351-354,373,共5页

对某型氦氙工质向心透平进行数值模拟,研究了出口背压、叶顶间隙和叶片数对其气动性能和流场的影响,分析结果表明:随着出口背压的增大,透平输出功率线性下降,效率达到峰值后快速下降;叶顶间隙的增大引起的叶顶泄漏损失增大会降低向心透... 对某型氦氙工质向心透平进行数值模拟,研究了出口背压、叶顶间隙和叶片数对其气动性能和流场的影响,分析结果表明:随着出口背压的增大,透平输出功率线性下降,效率达到峰值后快速下降;叶顶间隙的增大引起的叶顶泄漏损失增大会降低向心透平的性能,叶顶间隙增加2%时,功率减小了3.3%,流道内存在的泄漏涡和通道涡使得效率下降了3%;叶片数少便于加工,但叶片数过少,导致流场恶化,透平性能明显下降,从10片减至7片,效率下降了1.9%。 展开更多

关键词 氦氙工质 向心透平 出口背压 叶顶间隙 叶片数

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618 kW氦氙混合工质向心透平气动设计及分析 被引量：1

9

作者 徐森锫 罗磊 +1 位作者 杜巍 王松涛 《节能技术》 CAS 2021年第2期138-143,共6页

本文针对空间核电源系统中高效、轻质的向心透平,采用一维设计结合三维数值计算的方法,设计出以氦氙混合气体为工质的向心透平。使用ANSYS CFX对向心透平的气动特点以及流场特性进行了数值模拟,分析了叶轮内部流动和损失分布情况,数值... 本文针对空间核电源系统中高效、轻质的向心透平,采用一维设计结合三维数值计算的方法,设计出以氦氙混合气体为工质的向心透平。使用ANSYS CFX对向心透平的气动特点以及流场特性进行了数值模拟,分析了叶轮内部流动和损失分布情况,数值结果显示出所设计的向心透平有较好的气动性能,效率为84.4%,功率为618.3 kW,本文还展示了向心透平内部端壁损失、二次流损失及叶顶泄漏损失的分布情况。 展开更多

关键词 氦氙混合工质 向心透平 数值模拟 气动设计

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堵流工况下氦氙混合气体流动换热特性

10

作者 董显敏 宁可为 +3 位作者 赵富龙 卢瑞博 谭思超 田瑞峰 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第12期1706-1711,共6页

为研究堵流工况下氦氙混合比例对堆内通道流动换热特性的影响,本文对单通道在不同阻塞率、不同氦氙混合比例下进行了数值模拟。本文使用商用数值计算软件,建立不同阻塞模型,计算不同氦氙混合比例下通道流动换热特性。结果表明:换热特性... 为研究堵流工况下氦氙混合比例对堆内通道流动换热特性的影响,本文对单通道在不同阻塞率、不同氦氙混合比例下进行了数值模拟。本文使用商用数值计算软件,建立不同阻塞模型,计算不同氦氙混合比例下通道流动换热特性。结果表明:换热特性方面,通道堵塞会在堵塞区域形成明显涡结构及边界层分离现象,导致壁面局部高温,而阻塞率对通道对流换热系数几乎没有影响;流动特性方面,随着阻塞率增大,压降及摩擦阻力系数呈增大趋势,而随氦氙混合比的增大呈同样变化趋势;综合性能系数随氦氙混合比例呈下降趋势,而随着阻塞率增大综合性能系数值越小,阻塞率越大对通道流动换热特性影响越明显。 展开更多

关键词 堵流工况 氦氙混合比例 阻塞率 流动特性 换热特性 综合性能系数 对流换热系数 摩擦阻力系数

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氦-氙混合气体动力粘度测量 被引量：1

11

作者 胡文桢 李仲春 +2 位作者 刘晓晶 邓坚 曲文海 《核动力工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第6期32-37,共6页

针对氦-氙混合气体热物性参数的研究匮乏问题,对氦-氙混合气体的粘度进行了研究。基于双毛细管法设计实验装置,并考虑了修正项;采用氩气对实验装置进行标定后,测量了2种氦-氙混合气体(15、40 g/mol)在温度298.15~548.15 K、压力0.1~2.5 ... 针对氦-氙混合气体热物性参数的研究匮乏问题,对氦-氙混合气体的粘度进行了研究。基于双毛细管法设计实验装置,并考虑了修正项;采用氩气对实验装置进行标定后,测量了2种氦-氙混合气体(15、40 g/mol)在温度298.15~548.15 K、压力0.1~2.5 MPa下的动力粘度,并对测量结果进行了评价;为得到氦-氙混合气体高温下粘度,采用拟合粘度关系式的方法将粘度拟合值外推至温度为1273 K的粘度值。结果表明,本文实验结果与文献值符合较好;实验装置测量合成标准不确定度为3.88%,拟合值与文献值(实验值、计算值)的偏差较小。本研究为空间气冷堆设计和优化提供了基础热物性参数。 展开更多

关键词 空间气冷堆 氦-氙混合气体 动力粘度 双毛细管法

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氦氙混合离心压气机设计与分析 被引量：5

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作者 田志涛 郑群 姜斌 《风机技术》 2018年第3期14-19,共6页

氦氙混合离心压气机是闭式布雷顿循环的主要部件之一,但是国内对此种稀有气体混合工质压气机设计的研究较少。本文以摩尔质量为40g/mol的氦氙混合气为工质,设计了单级总压比为2.3、流量为1.6kg/s的氦氙混合离心压气机。该压气机分为叶... 氦氙混合离心压气机是闭式布雷顿循环的主要部件之一,但是国内对此种稀有气体混合工质压气机设计的研究较少。本文以摩尔质量为40g/mol的氦氙混合气为工质,设计了单级总压比为2.3、流量为1.6kg/s的氦氙混合离心压气机。该压气机分为叶轮和径向扩压器两个部分,叶型采用了单分流叶片。通过数值模拟的方法对此离心压气机的气动特点以及流场进行了分析。氦氙混合离心压气机的数值模拟表明,此压气机达到了总压比2.3、等熵效率88%的设计指标。 展开更多

关键词 氦氙混合 离心压气机 设计 数值模拟

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