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小尺度空间内氢气流动分布特性数值研究

刘汉臣 武心壮 向文娟 刘洁 吴辉平

刘汉臣, 武心壮, 向文娟, 刘洁, 吴辉平. 小尺度空间内氢气流动分布特性数值研究[J]. 核动力工程, 2022, 43(2): 204-211. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.02.0204
引用本文: 刘汉臣, 武心壮, 向文娟, 刘洁, 吴辉平. 小尺度空间内氢气流动分布特性数值研究[J]. 核动力工程, 2022, 43(2): 204-211. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.02.0204
Liu Hanchen, Wu Xinzhuang, Xiang Wenjuan, Liu Jie, Wu Huiping. Numerical Study on Hydrogen Flow Distribution Characteristics in Small-Scale Space[J]. Nuclear Power Engineering, 2022, 43(2): 204-211. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.02.0204
Citation: Liu Hanchen, Wu Xinzhuang, Xiang Wenjuan, Liu Jie, Wu Huiping. Numerical Study on Hydrogen Flow Distribution Characteristics in Small-Scale Space[J]. Nuclear Power Engineering, 2022, 43(2): 204-211. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.02.0204

小尺度空间内氢气流动分布特性数值研究

doi: 10.13832/j.jnpe.2022.02.0204
详细信息
    作者简介:

    刘汉臣(1988—),男,博士研究生,现主要从事核电厂专设安全设施设计和热工水力研究,E-mail: 838675237@qq.com

    通讯作者:

    武心壮,E-mail: wuxinzhuang@snerdi.com.cn

  • 中图分类号: TL364

Numerical Study on Hydrogen Flow Distribution Characteristics in Small-Scale Space

  • 摘要: 与核电厂安全壳大空间不同,安全壳隔间以及先进小型堆等小尺度空间中,氢气与水蒸气的混合气体流动受到壁面的限制,气流不能充分发展,可能导致氢气在某些位置积聚引发氢气风险。本文采用数值模拟与理论分析相结合的方法对小尺度空间内氢气流动分布特性进行了研究。研究发现,典型工况下小尺度空间上部形成了氢气浓度分布比较均匀的氢气浓度储备区,在中部和下部区域分别为氢气浓度过渡区和高空气浓度区;随着源项气体动量的增大,源项气体进入上部空间的能力增大,导致空间上部区域氢气浓度增大。本研究可为后续先进小型堆的氢气风险研究分析提供支持。

     

  • 图  1  气体浓度测点示意图

    Figure  1.  Schematic View of Gas Concentration Measuring Point    

    图  2  HM2实验模拟数据图

    Figure  2.  HM2 Experimental Simulation Data Graph

    图  3  不同时刻氢气分布云图

    Figure  3.  Hydrogen Distribution Nephogram at Different Times

    图  4  不同时刻气体流动速度矢量分布图

    Figure  4.  Distribution of Gas Flow Velocity Vector at Different Times

    图  5  容器内不同位置处氢气摩尔分数(工况1和工况2)

    Figure  5.  Hydrogen Mole Fractions at Different Positions in Vessel (Case 1 and Case 2)

    图  6  容器内不同位置处氢气摩尔分数(工况2和工况3)

    Figure  6.  Hydrogen Mole Fractions at Different Positions in Vessel (Case 2 and Case 3)

    图  7  工况3中氢气分布云图

    Figure  7.  Hydrogen Distribution Nephogram in Case 3

    图  8  容器内不同位置处氢气摩尔分数(工况1和工况4)

    Figure  8.  Hydrogen Mole Fractions at Different Positions in Vessel (Case 1 and Case 4)

    表  1  数值模拟参数表

    Table  1.   Parameters for Numerical Simulation

    名称工况1工况2工况3工况4
    氢气质量流量/(g·s−1) 0.3 0.3 0.3 0.1
    水蒸气质量流量/(g·s−1) 3.0 3.0 1.0 1.0
    入口直径/mm 30 50 50 30
    源项气体入射温度/℃ 151 151 151 151
    容器内初始气体温度/℃ 145 145 145 145
    容器内初始气体 空气 空气 空气 空气
    容器内初始压力/atm 1 1 1 1
    注射时间/s 600 600 600 1800
    入口速度/(m·s−1) 11.83 4.26 2.3 3.94
    初始Fr 422.2 32.8 19.2 92.8
      注:①1 atm=101325 Pa
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-03-22
  • 修回日期:  2021-09-15
  • 刊出日期:  2022-04-02

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