Investigation on bifurcation characteristics of a natural circulation system with low steam quality and low pressur

S. Y. Jiang; X. T. Yang; Y. J. Zhang

doi:10.3139/124.100202

Artikel

Investigation on bifurcation characteristics of a natural circulation system with low steam quality and low pressur

S. Y. Jiang , X. T. Yang und Y. J. Zhang

Veröffentlicht/Copyright: 2. Mai 2013

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Aus der Zeitschrift Kerntechnik Band 69 Heft 4

Abstract

The two-phase flow is a kind of dissipative structure in multiphase hydrodynamics. A drift-flux model with four equations is adopted to investigate the natural circulation bifurcation, in which the sub-cooled boiling, condensation, and void fraction etc. have been taken into account. The bifurcation spectrum of a natural circulation system with low steam quality and low system pressure is presented and the physical mechanisms of bifurcation are described in detail. Bifurcation characteristics of the two-phase natural circulation indicate typical static instability observed in HRTL-5 simulating the geometry and system design of the 5 MW nuclear heating reactor operating at low steam quality and low system pressure. Analysis shows: (1) bifurcation phenomenon can occur in a two-phase natural circulation under certain thermal and geometrical condition; (2) with changing, namely increasing and decreasing, control parameters, the tracks of the work points of the natural circulation system are not identical, which shows the basic characteristic of the bifurcation phenomenon; (3) the bifurcation phenomenon of the natural circulation delay and disappear with increasing system pressure and decreasing heat flux.

Kurzfassung

Die Zweiphasenströmung ist eine Art dissipative Struktur in der Multi-Phasen-Hydrodynamik. Ein Drift-Flux-Modell mit vier Gleichungen wird angewendet zur Untersuchung der Gabelung des Naturumlaufs, bei der unterkühltes Blasensieden, Kondensation, Blasenanteil etc. berücksichtigt wurden. Das Gabelungsspektrum eines Systems mit Naturumlauf bei niedrigen Dampfparametern, und niedrigem Systemdruck wird vorgestellt und die physikalischen Mechanismen der Gabelung werden detailiert beschrieben. Die Gabelungseigenschaften des Zwei-Phasen-Systems mit natürlichem Umlauf zeigen eine typische statische Instabilität die an der HRTL-5 Testanlage beobachtet wurde, die die Geometrie und den Systemaufbau des 5 MW Heizreaktors simuliert, der bei niedrigen Dampfparametern und mit niedrigem Systemdruck betrieben wird. Die Analyse zeigt, dass (1) Gabelungsphänomene in Zwei-Phasen-Systemen mit Naturumlauf unter bestimmten thermischen und geometrischen Bedingungen auftreten können; (2) mit den sich ändernden, nämlich ansteigenden oder fallenden Steuerparametern die Spuren der Arbeitspunkte des Systems mit natürlichem Umlauf nicht identisch sind, was die grundlegenden Eigenschaften der Gabelungsphänomene widerspiegelt; (3) die Gabelungseigenschaften von Systemen mit natürlichem Umlauf mit zunehmendem Systemdruck und abnehmender Wärmestromdichte sich verzögern und verschwinden.

References

1 Boure, J. A.; Bergles, A. E.; Tong, S. L.: Review of Two-Phase Flow Instability. Nuclear Engineering and Design25 (1973) 165.10.1016/0029-5493(73)90043-5Suche in Google Scholar

2 Lahey. R. T.: An Assessment of the Literature Related to LWR Instability Modes. NUREG-CR, 144 (1980).Suche in Google Scholar

3 Fukuda, K.; Koborl, T.: Classification of Two-Phase Instability by Density Wave Oscillation Model. J. Nucl. Sci. Technol.16 (1979) 95.10.1080/18811248.1979.9730878Suche in Google Scholar

4 Kyung, I. S.; Lee, S. Y.: Experimental Observation on Flow Characteristics in an Open Two-Phase Flow Natural Circulation Loop. Nucl. Eng. Des.150 (1994) 163.10.1016/0029-5493(94)90060-4Suche in Google Scholar

5 Aritomi, M.; Chiang, J. H.: Geysering in Parallel Boiling Channels. Nucl. Eng. Des., 141 (1993) 111.10.1016/0029-5493(93)90096-RSuche in Google Scholar

6 Van Bragt, D. D. B.: Analytical Modeling of Boiling Water Reactor Dynamic. Delft University Press (1998).Suche in Google Scholar

7 Jiang, S. Y.; Zhang, Y. J., Wu, X. X.: Flow Excursion Phenomenon in Natural Circulation at Nuclear Heating Reactor Conditions. Kerntechnik64 (1999) 225.Suche in Google Scholar

8 Ramos, E.; Sen, M.; Trevino, C.: A Steady-State Analysis for Variable Area One and Two-Phase Thermosy Phonops. Int. J. Heat Mass Transfer28 (1985) 1711.10.1016/0017-9310(85)90145-0Suche in Google Scholar

9 Knaani, A.; Zvirin, Y.: Bifurcation Phenomena in Two-Phase Natural Circulation. Int. J. Multiphase Flow19 (1993) 1129.10.1016/0301-9322(93)90081-5Suche in Google Scholar

10 Wang, D. Z.; Ma, C. W.; Dong, D.; Ling, J. G.: A 5-MW nuclear heating reactor. Trans. Am. Nucl. Soc.61 (1990) 466.Suche in Google Scholar

11 Jiang, S. Y.; Zhang, Y. J.; Wu, X. X.: Experimental study of two-phase flow oscillation in natural circulation. Nuclear Science and Engineering135 (2000) 177.Suche in Google Scholar

12 Zuber, N.; Findlay, J. A.: Average Vo lumetric Concentration in Two-Phase Flow System. Trans. of the ASME87 (1965) 453.10.1115/1.3689137Suche in Google Scholar

13 Marotti, L.: Axial distribution of void fraction in sub-cooled boiling. J Nucl Technology348 (1977).Suche in Google Scholar

14 Ya ng, X. T.: Study on Flow Excursion at Natural Circulation Conditions. [PH.D Paper], China, Tsinghua University, April, 2002.Suche in Google Scholar

15 Jiang, S. Y.; Emendorfer, D.: Subcooled boiling and void flashing in a natural circulation system at heating reactor conditions. Kerntechnik58 (1993) 273.Suche in Google Scholar

16 Jiang, S. Y.; Ya ng, X.; Zhang. J.: Numerical and experimental investigation of the static characteristics of a natural circulation system at nuclear heating reactor conditions. Kerntechnik67 (2002) 266.Suche in Google Scholar

Received: 2004-4-27

Published Online: 2013-05-02

Published in Print: 2004-08-01

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https://doi.org/10.3139/124.100202