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03 圖文導(dǎo)讀 圖1 在微/納米結(jié)構(gòu)Cu表面上由超擴散促進的射流沸騰現(xiàn)象。 圖2 表面上不同金字塔高度的射流沸騰換熱性能。 圖3 超擴散促進的微型射流沸騰氣泡成核、生長和分離。

為了確保核反應(yīng)堆的安全和高效運行，在反應(yīng)堆設(shè)計和運行過程中，需要對壁面過冷沸騰進行充分的評估和控制，以避免其對反應(yīng)堆性能和安全產(chǎn)生不利影響。

在核反應(yīng)堆運行過程中，壁面過冷沸騰通常出現(xiàn)在熱流密度較高、熱流體與壁面之間的傳熱溫差較大的區(qū)域。壁面過冷沸騰的發(fā)生會導(dǎo)致壁面附近流體溫度驟降，產(chǎn)生大量汽泡。這些汽泡可能會迅速成長并逸出到主流流體中，從而導(dǎo)致流體的熱力學(xué)狀態(tài)和流動特性發(fā)生顯著變化。這些變化可能會對反應(yīng)堆的運行產(chǎn)生重要影響。

可以看出每束噴霧的中部都有一個完整的液核，并沿著徑向向外擴散。 圖12：仿真驗證-噴嘴出口1mm平面處液體密度的定性對比 圖13為定量對比，展示了仿真與試驗在噴嘴出口1mm平面處的液體密度沿中心線（圖13中虛線）投影。圖中數(shù)值為液體密度、分布密度的積分值。可以看出，AVL FIRE M的仿真結(jié)果與試驗測試結(jié)果高度一致。

壁面沸騰：通過 N 相均相模型、標準 k-epsilon 湍流模型和 RPI 壁面沸騰模型，成功模擬了對流沸騰現(xiàn)象，出口氣含率與試驗結(jié)果一致，且在多組算例中精度優(yōu)于國外商用軟件。 ?

這些模型能夠精確模擬沸騰、冷凝、液面晃動等多相流現(xiàn)象，為反應(yīng)堆的熱工設(shè)計、安全分析和性能優(yōu)化提供支持。例如，在壁面沸騰的模擬中，VirtualFlow采用N相均相模型和RPI模型，能夠準確預(yù)測出口氣含率，與實驗值吻合良好，相比其他軟件在精度上有較大提升。可壓縮流體解決方案針對可壓縮流體問題，積鼎科技的解決方案能夠有效模擬核反應(yīng)堆中的空化、水錘等現(xiàn)象。

和生長 流速 較高的流速可以增加傳熱速率并延遲 CHF 的發(fā)生，反之亦然 入口溫度 較高的入口溫度意味著較高的傳熱速率和延遲 CHF 的發(fā)生，反之亦然 壓力 壓力增加會使沸點和飽和溫度升高，反之亦然 *成核——沸騰過程中在加熱表面形成氣泡

廣泛應(yīng)用于氣液兩相流動，如沸騰、噴霧干燥等過程。在噴霧干燥中，液滴在熱氣流中蒸發(fā)干燥，此時氣液兩相的相互作用對干燥效果和產(chǎn)品粒徑分布有重要影響，歐拉 - 歐拉模型可以模擬氣液兩相的速度場、溫度場和濃度場，為優(yōu)化噴霧干燥工藝提供依據(jù)。

軟件通過對兩相流動的毛細力和沸騰換熱、冷凝換熱的研究，完善了相關(guān)的求解算法和物性參數(shù)庫。在模擬過程中，能夠精確地模擬吸液芯的毛細現(xiàn)象、蒸發(fā)管的沸騰、冷凝器的冷凝等復(fù)雜現(xiàn)象。 2、核島內(nèi)管道兩相流模擬核島內(nèi)管道復(fù)雜，高溫液體在其中高速流動，當液體與壁面接觸時，劇烈的沸騰現(xiàn)象產(chǎn)生，氣泡不斷生成、長大并脫離壁面，形成復(fù)雜的氣液兩相流場。

支持在微通道納米尺度中計算兩相相變，可用于表面凝結(jié)和核態(tài)沸騰的相變過程計算，以及計算在相變過程中的換熱情況。 軟件支持熱限制模型與RPI壁面沸騰模型，并開發(fā)有先進的的壁面冷凝模型，可根據(jù)此對池沸騰、大空間冷凝相變、壁面相變等進行數(shù)值模擬。 在處理熱虹吸問題時，通過模擬蒸發(fā)相變，觸發(fā)熱虹吸效應(yīng)，進而研究熱邊界及固體結(jié)構(gòu)對虹吸過程流量、流速的影響。

圖3 淬火液與工件的換熱系數(shù) 2 仿真結(jié)果與分析2.1 淬火過程的溫度場奧氏體化的工件浸入到淬火液中，依次經(jīng)歷膜沸騰、核沸騰和對流換熱3個階段。大部分的熱量是在核沸騰階段帶走的，溫度在此階段也是下降最快的。冷卻速率對淬火后工件的殘余應(yīng)力、畸變和力學(xué)性能的影響非常巨大。圖4為工件淬火過程中的溫度場隨時間的變化。

支持在微通道納米尺度中計算兩相相變，可用于表面凝結(jié)和核態(tài)沸騰的相變過程計算，以及計算在相變過程中的換熱情況。 支持Lee模型與RPI壁面沸騰模型，可根據(jù)此對池沸騰及大空間冷凝相變進行數(shù)值模擬。 在處理熱虹吸問題時，通過模擬蒸發(fā)相變，觸發(fā)熱虹吸效應(yīng)，進而研究熱邊界及固體結(jié)構(gòu)對虹吸過程流量、流速的影響。

</p><p>多相流模型：鈉冷快堆中可能存在多相流現(xiàn)象，如鈉的沸騰等。需要選擇合適的多相流模型來模擬這些現(xiàn)象，例如使用歐拉-歐拉模型或歐拉-拉格朗日模型，上海積鼎自主開發(fā)的通用流體力學(xué)分析軟件VirtualFlow具有豐富的多相流及相變模型，可用于求解鈉冷快堆中存在的多相流問題。

成核速率隨過飽和度顯著增加，為了限制晶核數(shù)量，過飽和度應(yīng)盡可能的低，過飽和應(yīng)慢慢到達，一旦到達這種低程度的過飽和以后，就要小心控制，使少數(shù)幾顆晶核在準平衡狀態(tài)下，慢慢生長。 在成核過程中，外部物體，諸如灰塵顆粒，往使得成核過程熱力學(xué)上更有利，所以這些顆粒要通過離心分離或過濾的方法事先去除。加晶種方法也常是控制晶核數(shù)量一種方法。

，從而冷卻堆芯，防止燃料元件燒毀，而蒸汽發(fā)生器供給汽輪發(fā)電機組（二回路）所必需的蒸汽； 2）在壓水反應(yīng)堆內(nèi)，水作為冷卻劑又兼作中子慢化劑和反射層，使裂變反應(yīng)產(chǎn)生的快中子減速到熱中子能量范圍； 3）反應(yīng)堆冷卻劑中溶有硼酸，可補償氙瞬態(tài)效應(yīng)和燃耗引起的反應(yīng)性變化； 4）穩(wěn)壓器可用于控制冷卻劑系統(tǒng)壓力，以防止堆芯內(nèi)產(chǎn)生不利于傳熱的偏離泡核沸騰現(xiàn)象；

同時，結(jié)合冷凝、沸騰等相變模型，軟件可以對復(fù)雜的流動行為進行高精度的預(yù)測。無論是化工的氣液反應(yīng)過程，還是航空航天領(lǐng)域中燃料的多相流動，都能提供可靠的模擬結(jié)果。</span></p><p><strong>2. 高效并行與快速求解</strong></p><p>VirtualFlow2024版求解器性能得到了顯著提升，相較于之前提升了100%。

反應(yīng)性引入事故有兩種表現(xiàn)：其一是芯塊-包殼機械相互作用導(dǎo)致的材料失效；其二是偏離核態(tài)沸騰（DNB），此時燃料包殼表面大量氣泡聚集，傳熱惡化，傳熱系數(shù)急劇下降，壁溫急劇上升。在RIA情況下，包殼受到的熱載荷非常嚴重，溫度在300°C到600°C之間，應(yīng)變的變化率在1到5s-1之間。 為此，EDF 研發(fā)部門建立和驗證了鋯合金燃料包殼的熱力學(xué)模型，以確保在安全框架內(nèi)，建立可靠的破裂標準。

從熄火狀態(tài)到啟動，先重油點火，把鍋爐水燒沸騰，直到變成400度以上的高溫高壓蒸汽，才能驅(qū)動蒸汽輪機。所以遼寧艦每次冷啟動出航，都要先燒十幾個小時燒開水。即使美國的核航母也少不了這一步，只不過它用核，燒得更快。蒸汽輪機啟動后，長時間不熄火，反正輪機兵永遠是軍艦上最苦的兵種。針對蒸汽輪機體積重量大、維護保養(yǎng)麻煩的缺點，現(xiàn)在也有先進航母直接用燃氣輪機的。