2023年——一等獎

作者：張亨偉（導(dǎo)師：肖瑤）

論文題目：稠密柵棒束內(nèi)兩相流動相界面輸運實驗與理論研究

論文簡介：論文選題來源于國家自然科學(xué)基金青年基金項目。稠密柵燃料組件可提高反應(yīng)堆堆芯功率密度及燃料利用率，進而提高反應(yīng)堆的性能與經(jīng)濟性。準確預(yù)測事故中稠密柵內(nèi)相界面輸運過程對其優(yōu)化設(shè)計及堆芯安全分析具有重要意義。本項目對稠密柵棒束通道內(nèi)兩相流相界面輸運特性開展了實驗和理論研究，提出了基于電勢場模擬迭代的絲網(wǎng)傳感器后處理方法，有效克服超調(diào)、串音影響，基于自研絲網(wǎng)傳感器實現(xiàn)稠密柵復(fù)雜流道內(nèi)兩相流動相界面分布高時空分辨率測量。開展了稠密柵棒束內(nèi)氣-液兩相流實驗研究，明確了稠密柵內(nèi)兩相流動相態(tài)分布及演化特性，獲得了不同流型下包括空泡份額、相界面濃度、氣泡尺寸分布在內(nèi)的關(guān)鍵兩相流信息。評估了現(xiàn)有相界面濃度輸運模型適用性，明確了其誤差來源，建立了適用于稠密柵棒束流道內(nèi)的相界面濃度輸運模型。基于氣泡顆粒輸運特性，考慮沿程壓力變化和氣泡之間相互作用導(dǎo)致的氣泡尺寸分布變化，提出了適用于稠密柵流道的氣泡尺寸分布演化模型。本研究工作可為兩流體模型發(fā)展提供新的基礎(chǔ)理論模型，為稠密柵堆芯燃料組件設(shè)計與安全分析提供支持。

作者：宋煜晨（導(dǎo)師：王德忠）

論文題目：釷基熔鹽堆中逆壓梯度流下氣泡湍流破碎機理研究

論文簡介：論文選題來源于國家自然科學(xué)基金重點項目“高溫熔鹽介質(zhì)環(huán)境下裂變氣體脫除機理研究”。面向第四代反應(yīng)堆釷基熔鹽堆中的裂變氣體脫除問題，對鼓泡脫氣技術(shù)中文丘里鼓泡器的微氣泡湍流碎化生成機理進行了研究，揭示了復(fù)雜流動條件下的氣泡湍流碎化機理。針對目前氣泡破碎的兩相同步測量存在一定困難的現(xiàn)狀，提出了基于分光技術(shù)將層析PIV與視體算法相結(jié)合，實現(xiàn)了氣泡破碎的三維形態(tài)和三維速度場的同步測量，獲得了文丘里管漸擴段的逆壓力梯度湍流場，并建立了單相流場的瞬態(tài)速度場與幾何參數(shù)、流動參數(shù)和物性參數(shù)的關(guān)聯(lián)式，實現(xiàn)了逆壓梯度湍流場分布的預(yù)測；針對目前的氣泡受剪切應(yīng)力發(fā)生破碎外，發(fā)現(xiàn)了逆壓梯度流中新的氣泡破碎模式，即氣泡在逆壓梯度湍流中多尺度渦作用下發(fā)生了多元破碎：氣泡炸裂破碎模式；針對目前氣泡破碎臨界韋伯數(shù)來自于理論估計，對氣泡的韋伯數(shù)提出了新的計算方法，通過關(guān)聯(lián)氣泡形變參數(shù)和氣泡表面湍流應(yīng)力，獲得了逆壓梯度流中氣泡湍流破碎的臨界韋伯數(shù)，并修正了氣泡尺寸分布預(yù)測模型，為熔鹽堆裂變氣體在線脫除系統(tǒng)提供了理論依據(jù)與技術(shù)支撐。

2023年——二等獎

作者：朱影子（導(dǎo)師：熊進標）

論文題目：嚴重事故熔池行為關(guān)鍵現(xiàn)象的MPS 模型研究

論文簡介： 核反應(yīng)堆嚴重事故中燃料棒和堆內(nèi)結(jié)構(gòu)件會發(fā)生熔化，堆內(nèi)熔融物流動遷移，落入壓力容器下封頭形成熔池，此過程涉及材料間的共晶反應(yīng)和密度分層等復(fù)雜物理現(xiàn)象，影響下封頭熔池結(jié)構(gòu)，關(guān)系到壓力容器外部冷卻的有效性。本文以移動粒子半隱式法（Moving particle semi-implicit, MPS）數(shù)值模擬理論為基礎(chǔ)，針對熔池內(nèi)的熔化現(xiàn)象開發(fā)了共晶相變模型，模型考慮了熔化界面處的質(zhì)量傳遞和釋熱（或吸熱），將相圖中的液化線作為相變標準來模擬不同條件下的共晶熔化。為了更加準確地捕捉下封頭熔池密度分層過程中的界面形狀，在勢作用力表面張力模型的理論基礎(chǔ)上，基于不同組分液體界面的力平衡分析，開發(fā)了勢作用力界面張力模型。采用改進后的MPS 方法，最終實現(xiàn)了典型水冷堆熔融物落入壓力容器下封頭形成熔池的瞬態(tài)過程模擬。