密度鎖機理研究.pdf

1、密度鎖是一種非能動設備，它的作用相當于閥門，但是工作原理卻不同于閥門。密度鎖內沒有任何活動部件，從關閉狀態(tài)到打開的過程中不需要任何操縱人員的干預也不需要外部動力源，僅僅依靠系統內工作介質本身特性的改變來實現流體通路的截止或連通。因此，掌握密度鎖技術及其設計方法，對進一步提高我國核電站的安全性有著非常重要的意義。
　　 本文通過實驗研究與理論分析相結合的方法，對密度鎖技術及其設計方法進行了研究。首先根據密度鎖的工作環(huán)境，遵循由簡單

2、到復雜的原則，把密度鎖的工作條件分為4種：不存在外界擾動的靜態(tài)條件；密度鎖上方存在水平剪切流動的水平擾動條件；密度鎖內分層界面存在豎直振蕩運動的豎直振蕩條件；以及綜合考慮水平擾動和豎直振蕩的綜合條件。然后，依次對各條件下密度鎖進行實驗研究，分析各參數對密度鎖的影響。最后，總結研究結果，提出密度鎖設計方法，并進行樣機結構設計。主要工作和結果如下：
　　 (1)根據密度鎖的功能提出密度鎖的工作要求，確定研究步驟；建立密度鎖研究實驗臺

3、，并對靜態(tài)條件下密度鎖特性進行研究。研究結果表明：靜態(tài)條件下密度鎖內可以形成非常明顯的分層，并且分層穩(wěn)定性好，溫度梯度大；通過對密度鎖內傳熱傳質進行分析，證明了靜態(tài)條件下的分層能滿足隔離密度鎖兩側流體的要求，并得到在設計密度鎖結構時需滿足的一個條件。
　　 (2)在靜態(tài)條件實驗臺基礎上進行改造，建立模擬密度鎖上方存在水平剪切流動的水平擾動條件實驗臺；通過改變流速、溫差和結構等因素，研究各因素對密度鎖的影響。研究結果表明：密度鎖可

4、以分為混合區(qū)，分層區(qū)和恒溫區(qū)，其中分層區(qū)又分為強分層與弱分層，分層界面位于混合區(qū)與分層區(qū)之間；在分區(qū)模型的基礎上，把密度鎖內溫度場分為A、B、C、D和E等5類，其中B類溫度場最佳，是密度鎖正常工作時的最佳選擇；當水平流速較小時，分層形成后的溫度梯度大，溫度場接近靜態(tài)條件下的溫度場；當水平流速較大時，分層形成的較晚且溫度梯度較小；當水平流速超過某一臨界值時，密度鎖內無法形成分層或分層很快消失，密度鎖失效；溫差的增大，導致分層溫度梯度增大，

5、密度鎖穩(wěn)定性增強；柵格結構能增強密度鎖的抗擾動能力，使分層形成位置靠上；建立水平擾動條件下密度鎖內傳熱模型，并與實驗數據對比進行驗證。
　　 (3)在水平擾動條件實驗臺基礎上進行改造，建立模擬密度鎖內分層界面存在上下振蕩的豎直振蕩條件實驗臺，通過實驗研究豎直振蕩過程中振幅、頻率、溫差和結構等因素對密度鎖的影響。研究結果表明：豎直振蕩過程使密度鎖內換熱方式發(fā)生了轉變，從導熱變?yōu)閷α鲹Q熱，強化了密度鎖向外界散熱，從而導致在振蕩速度較