气液两相回流限制模型的研究与评估

气液两相回流限制模型的研究与评估

张玉珍

山东电力工程咨询院有限公司山东济南250000

摘要：气液两相回流限制（CCFL）现象广泛存在于核电厂一回路系统热工水力分析过程。作为影响反应堆冷却剂丧失事故分析中应急堆芯冷却剂旁通现象时的重要因素，回流流动限制模型是必须予以考虑的重要模型。本文基于核电厂系统分析热工水力程序RELAP5，结合气液两相液泛试验，分析验证了RELAP5对气液两相回流流动限制现象的模拟能力。通过两相液泛试验模型对热工水力程序RELAP5中回流流动限制CCFL模型进行了有效评估。

关键词：回流流动极限；液泛试验；热工水力；比例效应

1前言

CCFL作为气液两相过程中重要现象，在出现重力疏水时可被上升蒸汽流阻滞回流，广泛存在于核电厂一回路系统中某些结构位置。在核电厂一回路冷管段发生大破口冷却剂丧失事故后，ECCS旁通现象的重要影响因素就是回流流动限制。应急冷却剂被阻滞在下降段上部区域，汇集至冷管段入口，并从破口处流出，以致无法有效带走堆芯衰变热，直到下降段蒸汽流减弱至不能阻挡冷却剂下沉为止[1]。回流流动限制计算模型的研究对应急冷却剂在压力容器内的分布与旁通现象的研究具有重要意义。

2RELAP5程序相关CCFL模型介绍

RELAP5程序作为轻水堆系统分析最佳估算程序[2]，广泛用于核电厂反应堆热工水力等设计、瞬态研究与安全分析。RELAP5程序中CCFL模型存在3种类型关系式可供选择，最为广泛应用的是Wallis公式和Kutateladze公式[2]。回流流动限制的一般式形式为：

图1Dukler试验的一维节点划分

3两相液泛试验计算模型

本文利用Dukler试验，对RELAP5中回流流动限制模型的进行评估。图1为RELAP5模拟Dukler试验的一维节点图。试验段包括pipe108、branch105和pipe104。pipe100用于使空气来流平稳，减小入口扰动。空气从branch101注入测试管，流速由TDJ102控制。液相从branch105注入，由TDJ107流速控制。测试管流出液体从branch101经pipe190排至水箱。

4两相液泛试验的模拟与验证分析

图2给出液相注入质量流量Ql分别恒定在不同流量时，不同气相注入流量Qg下测点A处的Relap5气、液质量流量计算值（实心点）与Dukler试验值（空心点）的比较。图3则给出了同样的气液相注入条件下，但CCFL模型采用Dukler推荐的Wallis型关联式系数C=0.8915，m=0.9364，由此计算测点A处的气、液质量流量（实心点）与Dukler试验值（空心点）的比较。可以看到，选用Wallis模型时，对不同注入气液流量，A处气液质量流量计算值与Dukler实验值比较接近，但在小气相流量区的预测值稍有偏差；若CCFL模型采用Dukler推荐的系数，即C=0.8915，m=0.9364，计算结果与试验点结果相较则吻合更好。

图2计算值与Dukler实验值比较图3计算值与Dukler实验值比较

（使用CCFL模型）（使用CCFL模型）

通过两相液泛试验评估计算表明，RELAP5的CCFL模型能够模拟两相回流流动限制现象，定性上符合实际物理过程，定量上基本能与试验相吻合；但CCFL模型系数选用有待进一步结合试验结果进行优化，在小液流区程序模拟有有待改进。

5结论

回流流动极限作为气液两相过程中重要现象，广泛存在于核电厂热工水力分析过程中。回流流动限制计算模型的研究对应急冷却剂在压力容器内的分布与旁通现象的研究具有重要意义。本文以RELAP5程序为工具，利用两相液泛试验验证了程序对竖直圆管两相气液对流现象过程的模拟能力。本文通过两相液泛试验模型对热工水力程序RELAP5中回流流动限制CCFL模型进行了有效评估。

参考文献

[1]B.E.Boyack,QuantifyingReactorSafetyMargins,Part1:anOverviewoftheCodeScaling,Applicability,andUncertaintyEvaluationMethodology,NuclearEngineeringandDesign,119,1-15,1990.

[2]G.B.,Wallis,One-DimensionalTwoPhaseFlow,McGrawHill,NewYork,1969.