《10 MW高温气冷堆氦气流中石墨粉尘的凝并发展》由会员分享，可在线阅读，更多相关《10 MW高温气冷堆氦气流中石墨粉尘的凝并发展（5页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、!第!卷 第#期 原 子 能 科 学 技 术$%&!(%#!)*年+月,-%./012345670/3203829:30;2%&%56 #?)*#?+0(&%1,&$)%.(,1$()(*O&?H$-F12$)E-,$1/C,(7(*9N#LE$%HP-/?-&1-O&2P0(,-8G-&4(=Va/8%H3/!U,U%25&/825!A7C6C82&$(#()(*,+:)1;*%-%$/:*76*1$,;,7!6#$)%?$#*-#(7!4*#A#$?W!#$%#3+2&4&!D2-;308I3%J-;3060&3%JIL;34/08&JC3&3&3.32-!/-/I/23O/-8N&3-%
2、-8T3L&803-;3H384%J548L;/-30%.L%232-I829532348-3-;3548L;/-39CI-/2-;30%43%J?RR#!男 !陕 西 凤 翔 人 !博 士 研 究 生 !反 应 堆 结 构 和 颗 粒 动 力 学 专 业!除 去 少 量 燃 料 (控 制 材 料 外 !?%)2?2*)/L)#%Q)PL%83KL&C)&2PLC?2R)%)W2+W)+2?)PL)!%!最 大 频 率 处 的 石 墨 粉 尘 直 径 约 为?#)(.!由 式 )%计 算 得 到 石 墨 粉 尘 的 克 努森 数H$)?石 墨 粉 尘 处 于 连 续 区 相 应 的 碰撞 频
3、率 函 数&为 (%0)POP%8)R6?PO?$#G?P?$) %#PO?$#GP?$) %#)+%)?#原 子 能 科 学 技 术!第!卷其 中 !R为%&-M.822常 数 6为 气 体 的 绝 对 温度 为 气 体 介 质 的 粘 性 系 数 #由 于 颗 粒 的 凝 并 $在 经 过 足 够 长 时 间 后 $颗粒 归 一 化 分 布 将 不 再 发 生 变 化 $此 时 的 颗 粒 分布 称 为 自 保 持 分 布 #9Q;!离 散P分 区 模 型由 于 凝 并 方 程 不 能 直 接 进 行 解 析 求 解 $因此 $有 许 多 求 解 模 型 被 发 展 起 来 #比 较 各
4、求 解模 型 可 知 $离 散分 区 模 型 是 一 种 较 为 精 确 且 有效 的 方 法 $它 能 准 确 刻 画 颗 粒 成 长 初 期 的 分 布属 性 变 化 #此 处 $选 用 离 散分 区 模 型 来 求 解 凝并 方 程 #在 该 模 型 中 $颗 粒 尺 度 被 分 为 离 散 和 分 区两 个 处 理 域 %图?&#在 离 散 域 $处 理 包 括 由 一个 单 体 %最 小 体 积P?的 颗 粒 &到 由#.8K个 单 体 构成 的 颗 粒 的 分 布 #在 分 区 域 $将 颗 粒 按 所 含 单体 的 数 目 分 为 若 干 个 %FI30个 &分 区 $在 每 个
5、 分区 中 $认 为 颗 粒 的 分 布 为 一 常 量 $从 而 极 大 地 减少 了 计 算 量 $分 区 的 边 界 由SRd+ISRZ?确 定 #其 中 !SRZ?和SR分 别 是R分 区 所 含 单 体 数 目 的下 边 界 和 上 边 界 $取 第?个 分 区 的 下 边 界Sd#.8K+I是 分 区 因 子 #相 应 地 $体 积 的 分 区 边 界定 义 为PRd+IPRZ?$并 定 义Pd#.8KP?#图?!离 散分 区 模 型 的 颗 粒 尺 度 划 分/5?!_/O/I/%2%JL84-/0&3I/M3%J9/I043-3I30-/%2.%93&根 据 离 散分 区 模
6、型 的 尺 度 划 分 $并 对 凝 并方 程 进 行 无 量 纲 化 $可 得 如 下 的 求 解 方 程 !97?9(8+-?C7?,#.8KA8?)-?$A7AC7?,FI30R8?)!CJ?$RTR%*&97#9(8+-#G?),#C?A8?#)-A$#CA7A7#CAC7#,#.8KA8?#)-#$A7AC7#,FI30R8?)!CJ#$RTR%R&9T?9(8+.?G?),#.8K#8?,#.8KA8?)?CJJ#$A$?7#7ACT?,#.8K#8?)CJ#$?7#GT?,#.8K#8?)+CJ#$?7#G?)*C?T)?C?)#C?T)?CT?,FI30#8)!C#$?T#%W
7、&9TR9(8+.RG?),#.8K#8?,#.8KA8?)! ?CJJ#$A$R7#7AG,#.8K#8?,RC?K8?)?CJ#$K$R7#TKG?),RC?#8?,RC?A8?)?C#$A$RT#TACTR,#.8K#8?)CJ#$R7#CTR,RC?#8?)C#$RT#GTR,#.8K#8?)+C#$R7#GTR,RC?#8?)+C#$RT#G?)*CRT)RC?)#CRT)RCTR,FI30#8RG?!C#$RT#%&式 中 !7#和T#分 别 为 颗 粒 在 离 散 域 和 分 区 域 的无 量 纲 属 性 $对 应 的 物 理 量 可 以 是 数 量 质 量%体 积 &体 积 平
8、 方 和 面 积 (d(0为 无 量 纲 化时 间 $(0d?(%4:&是 气 溶 胶 体 系 的 特 征 凝 并时 间 $其 中 $:是 初 始 时 刻 气 溶 胶 体 系 的 颗 粒数 量 总 浓 度 $4d)R6#+-?d-?(%P#?4:)&+-#d-#(%P#?4:)&+.? d.?(%P#?4:)&+.R d.R(%P#?4:)&$分 别 为 第?个 离 散 域 第#个 离 散域 第?个 分 区 域 和 第R个 分 区 域 的 颗 粒 无 量纲 属 性 产 生 率 $其 中 $#表 征 不 同 的 物 理 意 义 $对 应 于 数 量 分 布 $#d$对 应 于 体 积 分 布 $
9、#d?$对 应 于 体 积 平 方 分 布 $#d)$对 应 于 面 积 分 布 $#d)(#)为 无 量 纲 化 的 颗 粒 碰 撞 系 数 $)的 表达 式 可 参 见 文 献 )*#=829543N3和E48-I/2/I)*指 出 $基 于 体 积平 方 分 布 的 计 算 具 有 最 高 的 精 确 度 $基 于 体 积分 布 的 次 之 $基 于 数 量 分 布 的 精 确 度 最 低 #;!求 解 方 法 及 其 验 证本 工 作 采 用B384方 法 求 解 该 常 微 分 方 程组 $通 过 调 节 计 算 步 长 来 保 证 数 值 计 算 的 稳 定性 和 精 度 #采 用
10、B8CII=3532943积 分 来 计 算颗 粒 碰 撞 系 数 #在 求 解 中 取#.8Kd?#$FI30d?!$+Id?W#为 验 证 该 求 解 方 法 $选 取$3.C46)?*等的 算 例 进 行 对 比 #该 算 例 采 用 了 基 于 颗 粒 体 积#?#第#期!雒 晓 卫 等 !?GP9N氦 气 流 中 石 墨 颗 粒 的 尺 寸 分 布(.#U:P?一 回 路 氦 气 的 总 量约 为)T5#反 应 堆 运 行 时 的 氦 气 流 量 为!#T5(I文 献 $?%指 出 #氦 气 每 循 环?次 #石墨 粉 尘 的 沉 积 量 约 为 携 带 总 量 的+X!)X当 石
11、墨 粉 尘 的 产 生 速 率 与 其 沉 积 速 率 达 到 动 态平 衡 时 #氦 气 流 中 的 石 墨 颗 粒 浓 度 将 基 本 保 持不 变 这 时 的 氦 气 中 携 带 的 石 墨 粉 尘 量 估 算 为?W!R#+(5(.#与,$P反 应 堆 的+(5(.#接 近 石 墨 的 密 度 为?R*5(0.#根 据 颗 粒平 均 体 积 #可 估 算 出 氦 气 流 中 石 墨 粉 尘 的 数 量浓 度 为 &)R!?RY?.Z#计 算 中 取 颗粒 数 量 浓 度 的 中 间 值*RY?.Z#进 一 步 计算 得 到 石 墨 粉 尘 成 长 特 征 时 间 常 数(0约 为WY?
12、!I正 常 运 行 工 况 下 #氦 气 的 压 力 为#!*WY?Z+T5+.Z?+IZ?%分 别 为+W+(.#和?+应 该 指 出 的 是 #对 计 算 区 域 进 行 划 分 后 #按 划 分区 域 计 算 得 到 初 始 分 布 的 几 何 标 准 偏 差 与 初 始分 布 函 数 的 几 何 标 准 偏 差 将 有 少 许 偏 差 例如 #+Id?W时 #基 于 体 积 模 型 计 算 得 到 石 墨粉 尘 的 初 始 分 布 的 几 何 标 准 偏 差 为?W?在计 算 结 果 中 #对 计 算 得 到 的 几 何 标 准 偏 差 进 行了 修 正 计 算 得 到 石 墨 粉 尘
13、 达 到 自 保 持 分 布 所 需 的无 量 纲 化 时 间9d!#即 实 际 时 间 约 为#)Y?RI取 石 墨 粉 尘 在 一 回 路 随 氦 气 循 环?次 的沉 积 率 为?)+X#计 算 得 到 石 墨 粉 尘 在 氦 气 流中 的 平 均 滞 留 时 间 为#R)I#其 对 应 的 无 量 纲化 时 间 为!R故U:P?在 正 常 运 行 时 氦气 流 中 的 石 墨 颗 粒 在 碰 撞 和 凝 并 作 用 下 不 会 达到 自 保 持 分 布 状 态 图#示 出 了 基 于 体 积 和 体 积 平 方 模 型 计 算得 到 的 颗 粒 体 积 频 率 密 度 分 布 曲 线
14、从 图#可看 出 #两 种 模 型 的 计 算 结 果 吻 合 氦 气 流 中 石墨 粉 尘 的 体 积 绝 大 部 分 小 于?(.#基 于 体 积模 型 计 算 得 到 石 墨 粉 尘 的 几 何 平 均 体 积 和 几 何平 均 偏 差 分 别 为*#(.#和?R*基 于 体 积平 方 模 型 计 算 的 几 何 平 均 体 积 和 几 何 平 均 偏 差分 别 为+WW+(.#和?*?石 墨 粉 尘 在 氦 气!?#原 子 能 科 学 技 术!第!卷图#!氦 气 流 中 石 墨 粉 尘 的 粒 度 分 布/5#!7/M39/I-4/NC-/%2%J548L;/-39CI-/2;3&/C
15、.J&%H实 线 !体 积 模 型 虚 线 !体 积 平 方 模 型流 中 的 粒 度 分 布 函 数 #(.Z#$如 下 %对 应 体 积 模 型 &为 Q#P$8?+2?#P3KLC(&2)#P)*2*#$*W2+ ,#WR#?$!对 应 体 积 平 方 模 型 &为 Q#P$8?+2*!P3KLC(&2)#P)+2WW+$*W2+ ,?*!#?$=!结 论根 据 碰 撞 凝 并 理 论 计 算 了U:P?中 石墨 粉 尘 的 凝 并 &得 到 了 氦 气 流 中 石 墨 粉 尘 分 布 的频 率 密 度 曲 线 %计 算 结 果 表 明 &由 于 石 墨 粉 尘 在氦 气 流 中 的 滞 留 时 间 较 短 &凝 并 现 象 并 不 严 重 %氦 气 流 中 石 墨 粉 尘 的 绝 大 部 分 体 积 小 于?(.#%参 考 文 献 !(?*!,II%0/8-/%2%JB34.82125/2334I#$_D$&:;37%0/3-6J%4123456:30;2%&%5/3I#E=$,$P3KL34/.32-8&;/5;-3.L348-C434380-%4&)?6384I%JIC003IIJC&%L348-/%2J%48JC-C43323456-30;2%&%56(
