核动力工程

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孙奇, 赵华, 郗昭, 王小军, 蒋序伦, 杨瑞昌

2005, 26(4): 305-311.

摘要(14)

摘要:
在中压强迫循环工况下开展了低流速过冷沸腾压降实验,实验中同时对过冷沸腾空泡率进行了测量。基于得到的实验数据,对低流速过冷沸腾压降计算方法进行了研究。研究表明,过冷沸腾工况下的流动压降与重力压降亦即空泡率密切相关,选用合理的空泡率计算模型对于低流速过冷沸腾压降的准确计算极为重要。由于目前普遍采用的Saha模型、Levy模型难以得出准确的低流速过冷沸腾真实含汽率与空泡率预测结果,应用于低流速过冷沸腾压降计算时会产生较大偏差。笔者提出的真实含汽率模型和净蒸汽产生点(NVG)空泡率模型可用于蒸汽-水强迫循环低流速过冷沸腾压降计算。通过本文研究,最终得出蒸汽-水强迫循环低流速过冷沸腾压降的推荐计算方法。

自然循环过冷沸腾截面平均空泡份额实验与计算方法研究

郗昭, 孙奇, 陈军, 吴小航, 蒋序伦, 赵华

2005, 26(4): 312-316,322.

摘要(13)

摘要:
采用RBI高温高压光学探针,对自然循环过冷沸腾截面平均空泡份额进行了实验研究。通过实验数据与应用较为普遍的Saha模型、Levy模型以及孙奇提出的真实质量含汽率模型计算值的比较发现,基于强迫循环实验数据的截面平均空泡份额计算模型无法适用于自然循环工况,且经过比较初步判定相同系统参数下高过冷沸腾区自然循环较强迫循环空泡份额偏高。另外,根据模型的比较分析结果对真实质量含汽率模型进行了拓展,使其可适用于自然循环过冷沸腾工况。

自然循环过冷沸腾流动不稳定性的实验研究

杨瑞昌, 王彦武, 王飞, 唐虹, 施德强, 鲁钟琪

2005, 26(4): 317-322.

摘要(17)

摘要:
以氟里昂作工质,对自然循环过冷沸腾流动不稳定性进行了实验研究。重点研究了流动不稳定性的发生机理以及系统操作参数对流动不稳定性的影响规律。实验结果证实,在自然循环系统内,多数运行工况下会同时发生高频脉动和低频脉动两类流动不稳定性。高频脉动属于声波型脉动,低频脉动属于密度波型脉动。通过实验得出了判断系统稳定性的界限,并使用积分方程无因次分析方法得出了预测流动不稳定性的准则关系式,利用准则关系式拟合实验数据,所得的经验公式与实验结果符合良好。

垂直上升管内泡状流压力波传播

白博峰, 黄飞, 郭烈锦, 王先元

2005, 26(4): 323-326.

摘要(12) PDF(0)

摘要:
研究了垂直上升管内气液两相泡状流压力波的传播速度和衰减规律。为了提高压力波测量精度,实验中设计了不影响两相流动结构的调频式压力扰动装置。实验结果表明,随着含气率的增加,泡状流中压力波波速开始陡降,当含气率大于0.05以后波速缓慢下降;衰减系数随含气率的增加连续增加;工质的流速对压力波的传播没有影响;压力波的传播速度及其衰减与扰动频率有关,随着扰动频率的增加,波速及其衰减都增加。本文实验验证了泡状流压力波色散特性的临界频率现象,即高于临界频率,压力波的色散特性消失。在本试验条件和参数范围内,临界扰动角频率为300Hz。

CATHARE 2V2.5程序闪蒸模型的评估和改进

曹念, Isabelle DOR

2005, 26(4): 327-331.

摘要(14) PDF(0)

摘要:
利用BETHSY喷嘴和Super-Moby-Dick(SMD)喷嘴临界流试验数据对CATHARE2V2.5程序Rev.6.1和Rev.5两个版本中基本物理关系式模块的闪蒸模型进行了评估。评估结果表明,程序计算结果与试验数据吻合较好。其中,Rev.6.1的预测结果比Rev.5的结果更精确,尤其对于SMD喷嘴试验,Rev.6.1的计算结果与试验数据十分吻合,但对于BETHSY喷嘴试验,Rev.6.1的预测值偏高。然后,利用敏感性分析对闪蒸模型进行了局部改进。

T型三通管内热分层流动3D数值模拟

卢冬华, 村松寿晴

2005, 26(4): 332-334,389.

摘要(16) PDF(0)

摘要:
针对主管和支管流体温度不同的等径三通管,利用AQUA程序,对该三通管内的热分层流动进行了三维数值流场模拟。模拟结果显示,高流速的支管流体自上部射入,深入到主管的主流内部,迫使主管内上游来流贴着主管下壁面流动。在支管入流的背流面有一涡存在,主支流在此涡下部的狭窄通道内被加速到较支流速度更高的速度。对三通管内的温度分布计算表明,支流入流的迎流面存在着很大的温度梯度,两种流体的混合主要存在于远离支流入流的下游地区。

内螺纹管和光管两相流不稳定性试验对比研究

高峰, 罗毓珊, 陈听宽, 卢冬华, 李会雄

2005, 26(4): 335-339.

摘要(15) PDF(0)

摘要:
在高压试验台上进行了倾斜并联内螺纹管和光管内汽-液两相流不稳定性试验,在此基础上对两种管型进行了对比研究,探讨了两种管型下各种参数对流动不稳定性的影响。对比研究表明,发生压力降型脉动时,光管的界限热负荷小于内螺纹管;发生密度波型脉动时,内螺纹管的界限热负荷小于光管。通过对试验数据进行最小二乘法回归,给出了两种管型内发生不稳定性的界限热负荷无因次方程。

矩形窄缝通道内水沸腾流型理论研究

章春伟, 秋穗正, 严明宇, 王布雷, 聂常华

2005, 26(4): 340-343,371.

摘要(10) PDF(0)

摘要:
对矩形窄缝通道(1×20mm,2×20mm)中水沸腾的汽液两相流动流型转化准则进行了研究。根据实验结果,水平矩形窄缝加热通道中流型可以分为泡状流、间歇弹状流、搅拌流、环状流和汽液分离流。运用分相流模型对矩形窄缝通道中水沸腾的汽液两相流动流型进行了理论分析,得出了相应的流型转换准则,并与实验数据进行了初步比较,符合较好。

单侧带有周期性分布纵向涡发生器的矩形窄通道内传热强化的实验研究

王令, 陈秋炀, 周砚耕, 王秋旺, 黄彦平, 肖泽军

2005, 26(4): 344-347,359.

摘要(14) PDF(0)

摘要:
在换热表面上周期性地安装粗糙元可以使流动区域产生漩涡从而增强换热。对单侧带有周期性分布纵向涡发生器的矩形窄通道内的强化传热进行了实验研究,得出了Re在3×10³～2×10⁴的范围内不同流动方向(顺流、逆流)条件下纵向涡发生器对流动与换热特性的影响规律。结果表明:纵向涡发生器对换热有较好的强化作用,同时通道的阻力略有增加。在3种不同比较准则(相同泵功率、相同压降及相同流量)条件下,顺流强化效果均略好于逆流。

波型板分离器竖直板壁水膜流动研究

田瑞峰, 庄亚平, 王先元, 陈军亮

2005, 26(4): 348-351,363.

摘要(11) PDF(0)

摘要:
波型板分离器板壁的水膜流动特性影响分离器内二次水滴的生成。采用数值方法对波型板分离器板壁水膜流动特性进行研究,通过分析波型板板壁水膜流动的特点,并对流动水膜进行合理的假设和简化,建立了波型板板壁水膜流动的物理模型和数学模型。采用有限容积法,对流项采用二阶迎风格式,扩散项采用中心差分格式,对控制方程进行离散,采用ADI(Alternating-DirectionImplicit)方法对离散方程进行求解。数值研究得出在主流汽体横掠波型板汽水分离器竖直板壁情况下,板壁水膜厚度、平均速度等参数与汽流流动速度和沉降率之间的关系。

CELL/CPL493程序系统对HFETR的燃耗跟踪分析

姚栋, 于颖锐, 沈锡荣, 李大图

2005, 26(4): 352-355.

摘要(15) PDF(0)

摘要:
简要介绍了自行研制的CELL/CPL493程序系统的理论方法。利用CELL/CPL493程序系统对高通量工程试验堆(HFETR)进行了多炉次燃耗跟踪分析,给出了冷态和热态临界棒位计算值与实测值的比较。结果表明,k_eff的最大偏差在1%之内,验证了该程序的可靠性以及计算模型和参数处理方法的合理性。

孔板气蚀诱发核级管道振动和噪声问题研究

毛庆, 向文元, 张毅雄, 王伟

2005, 26(4): 356-359.

摘要(12) PDF(0)

摘要:
针对在役核电厂出现的核级管道系统强烈振动和噪声导致结构失效的问题,采用“数值模拟优先”的研究方法,通过数值计算分析和实验研究,发现节流孔板气蚀是诱发故障的根本原因,提出了工程改造方案。系统改造后的现场调查和评估显示:在保证系统功能和结构完整性满足设计规范的前提下,管系的振动和噪声已控制在可接受的范围内。

反应堆冷却剂回路温度计套管流致振动分析

臧峰刚, 刘文进

2005, 26(4): 360-363.

摘要(15) PDF(0)

摘要:
反应堆冷却剂回路温度计套管在流体流动冲刷下的振动主要有两种激励机理:湍流和旋涡脱落。本文计算了G1″和G1″1/4温度计套管的固有频率和旋涡脱落频率,分析了这两种不同尺寸的温度计套管的旋涡脱落锁定,并采用简化的工程方法对温度计套管的流致振动进行了疲劳分析研究。

锆-4合金在高压釜中腐蚀时氧化膜显微组织的演化

周邦新, 李强, 姚美意, 刘文庆, 褚玉良

2005, 26(4): 364-371.

摘要(12) PDF(0)

摘要:
用透射电镜、扫描电镜和扫描探针显微镜研究了锆-4样品在高压釜中(360℃/18.6MPa去离子水)腐蚀后氧化膜的断口形貌、氧化膜不同深度处的显微组织和晶体结构。结果表明:氧化膜生成时形成的压应力,使晶体中产生了许多缺陷,稳定了一些亚稳相,在氧化膜底层中有单斜、四方、立方晶体结构甚至非晶相存在;在氧化膜的中间层及表面层中,空位和间隙原子等缺陷发生扩散、湮没和凝聚,内应力发生弛豫,亚稳相转变成稳定的单斜结构;空位被晶界吸收形成了纳米尺寸的孔洞簇,弱化了晶粒间的结合力,在表面张力的作用下,晶粒逐渐成为球形;孔洞簇的形成并发展成裂纹,使氧化膜失去了原有良好的保护性,导致腐蚀转折,这是氧化膜的显微组织在腐蚀过程中发生演化后的必然结果。

氢及氢化物对锆合金疲劳裂纹扩展速率的影响及估算

苟渊, 李言荣, 应诗浩

2005, 26(4): 372-376.

摘要(17) PDF(0)

摘要:
采用紧凑拉伸(CT)试样,研究了不同氢含量的Zr-4及Zr-Sn-Nb合金在室温下疲劳加载裂纹扩展(da/dN)行为,用扫描电镜观察了断口形貌。结果表明,氢含量对疲劳裂纹扩展速率影响微弱,疲劳断裂受通常的裂纹萌生、稳态扩展和瞬间断裂机制控制。根据疲劳裂纹扩展机理,导出了裂纹扩展门槛值ΔK_th的关系式,得出了一个描述疲劳裂纹扩展速率(da/dN)与材料性能常数之间的关系式,该关系式可用于预测材料的疲劳裂纹扩展速率。用锆合金实验数据对(da/dN)预测表达式进行验证,结果表明,预测值与实验值吻合较好。

氢化锆表面CO₂反应层结构分析

赵平, 彭倩, 孔祥巩, 邹从沛

2005, 26(4): 377-379,405.

摘要(11) PDF(0)

摘要:
利用CO₂、P与ZrH₂反应生成约3～5μm厚的薄膜,用扫描电镜对薄膜横截面进行形貌观察;用X光电子能谱和X射线衍射对反应层表面进行分析。分析结果证明,所得到的氢化锆表面反应层致密,与基体结合良好,具有阻挡氢的能力;反应层中含有Zr、C、O等元素;除baddeleyite结构的ZrO₂以外,还有具有C-H键和O-H键的物质。

TiAlZr合金及其热喷涂Ni-Cr合金涂层高温微动磨损的研究

刘捍卫, 黄鹍鹏, 朱旻昊, 邱绍宇, 周仲荣

2005, 26(4): 380-383.

摘要(13) PDF(0)

摘要:
对TiAlZr合金及其热喷涂Ni-Cr合金涂层的高温微动磨损性能进行了对比研究。不同温度下的微动磨损实验结果表明:在滑移区,温度对微动磨损的影响十分显著,TiAlZr合金抗微动磨损能力随着温度上升而急剧下降,热喷涂Ni-Cr合金涂层抗高温微动磨损能力随着温度上升而增强。在400℃时,由于氧化膜快速生成的原因,热喷涂Ni-Cr合金涂层具有优异的抗高温微动磨损特性。

固溶态控氮不锈钢在高温水中的应力腐蚀破裂

李光福, 黄春波, 李敬民, 杨武, 文燕

2005, 26(4): 384-389.

摘要(16) PDF(0)

摘要:
采用高温电化学测控和慢应变拉伸实验方法,研究了304NG超低碳控氮不锈钢(固溶态)在250℃高温水中的应力腐蚀破裂(SCC)与电极电位和水中Cl^-浓度的关系,并与316LN控氮不锈钢对比。结果表明,在不同环境下两种不锈钢的SCC敏感性随电极电位的升高而升高,并且存在一个临界电位E_C,当电位高于该E_C时,才发生SCC。该临界电位E_C随水中Cl^-浓度升高而下降,即发生SCC的环境范围扩大。304NG钢在含5mg/LCl^-的250℃高温水中的E_C处于0～+200mV标准氢电极(SHE)之间,更高时发生穿晶型SCC,表明该Cl^-浓度下只有在高氧(高电位)环境中才能发生SCC。当Cl^-浓度升高到50mg/L时,E_C降到-700mV(SHE)以下,表明该浓度下即使完好除氧(低电位)也可能发生SCC。316LN的SCC抗力高于304NG,其在含5mg/LCl^-的高温水中的E_C位于+300～+400mV(SHE)之间,主要是穿晶型SCC。

304NG不锈钢均匀腐蚀性能研究

姜峨, 文燕, 刘然超, 何艳春

2005, 26(4): 390-392.

摘要(19) PDF(0)

摘要:
用MARS循环腐蚀回路对304NG不锈钢进行了1500h的循环水腐蚀考验,对均匀腐蚀速率进行了定量评估。试验结果表明:在模拟核反应堆一回路循环水条件下,304NG控氮不锈钢板材、锻件的均匀腐蚀速率为1.40mg/(dm²ˇ30d)和1.91mg/dm²(dm²ˇ30d),0Cr18Ni10Ti不锈钢板材、锻件的均匀腐蚀速率为4.44mg/(dm²ˇ30d)和4.65mg/(dm²ˇ30d),304NG控氮不锈钢的均匀腐蚀速率低于0Cr18Ni10Ti不锈钢。

1Cr13不锈钢部分滑移区和滑移区的高温微动磨损特性

刘捍卫, 邱绍宇, 朱旻昊, 黄鹍鹏, 周仲荣

2005, 26(4): 393-396.

摘要(12) PDF(0)

摘要:
采用Deltalab-Nene7型电液伺服式高温微动磨损试验机,研究了核反应堆蒸汽发生器管支撑部件材料1Cr13不锈钢从室温到400oC的微动磨损行为。通过动力学特性分析,结合显微观测,结果发现:1Cr13不锈钢的高温微动行为与微动区域特性密切相关。在滑移区内,随着温度的升高,摩擦系数与磨损降低。微动磨损机理为氧化与剥层:高温氧化效应以及氧化膜的形成随温度的升高而加剧。在微动工况下,氧化膜萌生裂纹,裂纹扩展折向表面,直至氧化膜剥落,形成磨屑。然而,在部分滑移区内,温度对微动行为影响很小。

17-4PH不锈钢350℃长期时效组织演化的透射电镜观察

邹红, 王均, 李聪, 左汝林, 邱绍宇, 沈保罗

2005, 26(4): 397-401,409.

摘要(12) PDF(0)

摘要:
采用X-ray衍射(XRD)和透射电镜(TEM)研究了17-4PH马氏体沉淀硬化不锈钢在350℃长期时效过程中显微组织的变化规律。结果表明:在沉淀硬化回火处理后,在典型的板条马氏体基体中弥散分布着大量的纳米级的ε-Cu颗粒,二次碳化物M₂₃C₆沿马氏体板条束界析出。17-4PH马氏体不锈钢在350℃时效6个月后,组织发生一定变化,spinodal分解开始在晶界发生,另外析出的ε-Cu颗粒逐渐长大,并且有少量的逆转变奥氏体产生。17-4PH不锈钢在350℃时效15个月后,spinodal分解逐渐由晶界发生转向晶内,基体中析出大量有取向的细小的G相,并观测到少量sigma相。基体仍为板条马氏体。

钛合金/不锈钢钎焊接头的组织特征

杨静, 朱常桂, 王飞, 朱金霞, 刘晓荣

2005, 26(4): 402-405.

摘要(13) PDF(0)

摘要:
采用金相显微镜、电子显微镜、X射线能谱仪、显微硬度、力学试验等检测手段,对TA17钛合金/Ag95CuNiLi/0Cr18Ni10Ti不锈钢钎焊接头的组织特征进行了分析。结果表明:钎缝中不锈钢/钎料一侧,形成了三层金属间化合物钎缝组织;在钛合金/钎料一侧,形成两个组织区域;同时,银沿钛合金晶间扩散;在凝固钎焊接头的钎缝中,靠近不锈钢一侧出现了Ti、Cu的富集;靠近钛合金一侧Cu原子的含量明显升高,钎缝中心区基本上是纯银;钎缝中除不锈钢/钎料扩散层外,其他各微区的显微硬度并没有增加;从钎缝断口分析也证明钎缝中靠近不锈钢一侧是接头最薄弱的位置。

Ti-5%Ta钛合金在乏燃料模拟溶解液中的腐蚀行为

徐潇潇, 崔岚, 邱绍宇, 李思凡, 盛钟琦, 邰江

2005, 26(4): 406-409.

摘要(14) PDF(0)

摘要:
000Cr25Ni20超低碳奥氏体不锈钢目前作为乏燃料后处理中溶解器设备的材料,在后处理的溶解工况下腐蚀严重。本文通过均匀腐蚀模拟试验对Ti-5%Ta钛合金和000Cr25Ni20奥氏体不锈钢在动力堆乏燃料模拟溶解液中的均匀腐蚀行为进行了研究。研究发现Ti-5%Ta钛合金的抗腐蚀性能远优于000Cr25Ni20奥氏体不锈钢。原因是Ti-5%Ta钛合金试样的表面形成了致密的氧化膜,阻止了腐蚀的进一步发展,而在000Cr25Ni20奥氏体不锈钢试样的表面未发现氧化膜的存在。

预变形对TiNi、TiNiCu合金双程形状记忆应变的影响

金伟, 王剑, 颜莹

2005, 26(4): 410-413,418.

摘要(14) PDF(0)

摘要:
采用电阻-温度测试仪、申克疲劳试验机等实验装置,研究了预变形对Ti49.2Ni50.8和Ti50Ni43Cu7合金双程记忆应变的影响。结果表明:Ti49.2Ni50.8合金在-60℃下、8%～16%预变形单程记忆应变均在6%以上;在-60℃、14%预应变下双程记忆应变最大,为3.6%。Ti50Ni43Cu7合金在20℃下,8～14%预变形,单程记忆应变在5%以上;20℃、12%预应变下双程记忆应变最大,为3.0%。Ti49.2Ni50.8合金环在13.7%预应变下训练4次时,双程记忆应变达到4.1%。

TiC/Ti(C,N)/TiN复合涂层在滑移区的高温微动磨损特性

刘捍卫, 邱绍宇, 周彤, 黄鵾鹏, 朱旻昊, 周仲荣

2005, 26(4): 414-418.

摘要(15) PDF(0)

摘要:
采用化学气相沉积(CVD)技术,在1Cr13不锈钢基体上制备TiC/Ti(C,N)/TiN复合涂层。研究了该涂层从室温(25℃)到400℃的微动磨损特性,并与无涂层的1Cr13不锈钢基材比较。结果表明:在滑移区,温度对1Cr13不锈钢微动磨损影响较显著;随着温度上升1Cr13不锈钢摩擦系数减少,磨损体积下降;而温度对TiC/Ti(C,N)/TiN复合涂层磨损体积影响不大,且磨损量均很小。TiC/Ti(C,N)/TiN涂层表现出比1Cr13不锈钢优异的抗微动磨损性能。但当该涂层被磨去后,产生的硬质磨屑形成磨粒磨损,反而对基体造成更大的损伤。

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2005年第26卷第4期

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