低压气相喷注器流量特性非线性的物理机制研究

《Applied Sciences》：A Study of the Physical Mechanisms Responsible for the Nonlinearity of the Flow Characteristics of Low-Pressure Gas-Phase Injectors

　　

摘要

在熔盐堆（MSR）中，可采用氦气泡系统连续移除气态裂变产物。然而，氦气注入会在燃料盐中产生局部气液两相流，并可能在计算的中子场中引起相应的局部扰动。为研究这些气泡尺度的相互作用，本研究开发了一个耦合多物理场框架，将流体体积法（VOF）与多群中子扩散模型相结合。该框架被应用于一个局部的 20 mm × 40 mm 燃料盐域，其中包含一个 1 mm 的氦气注入喷嘴。通过平面二维和轴对称计算，考察了几何表示方式对气泡生长、脱离、输运以及相应局部功率响应的影响。进一步利用轴对称模型评估了计算响应对氦气质量流率的敏感性。在该受限数值测试问题中，耦合框架在给定边界条件下解析了氦气泡的演化过程以及伴随的局部功率场变化。对于所考虑的居中圆形喷嘴及近入口对称条件，轴对称模型在旋转体积加权和界面曲率的表示上，比平面二维模型具有更一致的几何一致性。氦气质量流率的变化也改变了计算得到的局部气泡行为和功率响应指标。这些结果构成了对局部气泡分辨多物理场耦合的数值演示，不应被解读为反应堆尺度的功率预测、堆芯整体安全指标，或熔盐堆氦气泡系统的设计准则。