最新刊期
      2023 年 第 46 卷 第 5 期

        同步辐射技术及应用

      • “在石油化工领域，研究人员开发了一种新型钯铋双金属催化剂，有效提高乙炔半加氢制乙烯的选择性和催化剂寿命。”
        陶鑫,赵贵,李玉楠,田晨,杜萌,郭玲玲,南兵,黄宇营,李丽娜
        2023, 46(5): 050101. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.050101
        摘要：乙烯是石油化工重要的工业原料，对经济发展有着重要的影响，乙炔半加氢生产乙烯是重要化工反应。传统的钯催化剂具有较高的活性，由于过度加氢和绿油的生成导致选择性和催化剂的催化周期低。因此，制备出一种高活性及选择性的催化剂并借助同步辐射技术探究其反应机理变得至关重要。利用沉积-沉淀法制备了二氧化硅负载的钯铋双金属催化剂，在乙炔半加氢反应中与传统催化剂进行催化活性及选择性方面的对比研究。借助X射线吸收精细结构（X-ray Absorption Fine Structure，XAFS）和高角度环形暗场扫描透射电子显微镜（High-Angle Annular Dark-Field Scanning Transmission Electron Microscopy，HAADF-STEM）等多种表征手段，发现独特的PdBi催化剂可以有效抑制PdHx的形成，减弱氢气的裂解速度和乙烯在钯表面的吸附，抑制乙烯的过度加氢产生副产物乙烷。新型钯铋结构催化剂及机理探索为今后制备高效的乙炔加氢制乙烯催化剂提供了一种新的思路和手段。  
        关键词：X射线吸收精细结构;催化剂;二氧化硅;乙炔加氢   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在高能同步辐射光源领域，专家设计了快速轨道反馈系统，有效提高了轨道稳定性，为光源建设提供重要支撑。”
        高国栋,刘鹏,龙锋利,季大恒,叶强,杜垚垚,刘智,随艳峰,岳军会,唐旭辉,魏书军,曹建社
        2023, 46(5): 050102. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.050102
        摘要：快速轨道反馈（Fast Orbital Feedback，FOFB）系统是影响高能同步辐射光源（High Energy Photon Source，HEPS）轨道稳定性的重要因素之一，在设计时应尽可能提高FOFB系统的有效反馈带宽。基于该需求，为HEPS的FOFB系统设计了两层环路集中计算式的系统网络拓扑结构，并在此基础上设计完成了FOFB系统信号传输链路的可编程阵列逻辑（Field Programmable Gate Array，FPGA）固件算法逻辑，内容包括束流位置获取、环路数据传输、FOFB算法、电源控制接口以及系统测试等多个部分。经实验室测试验证，当前结构下的FOFB系统总延迟时间约为140 µs，满足HEPS装置对FOFB系统有效反馈带宽的需求。  
        关键词：高能同步辐射光源;快速轨道反馈;FPGA;高速数据传输;数字信号处理   
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        发布时间：2024-10-25

        加速器技术、射线技术及应用

      • “在月球表面湮灭辐射研究领域，专家构建了定量分析模型，采用GEANT4模拟质子轰击月岩诱发γ射线微分能谱，计算了质子在月表岩石中诱发湮灭辐射的特征峰信息。研究表明，级联簇射产生湮灭辐射的概率与入射质子能量呈正相关，典型月岩成分差异对诱发湮灭辐射影响不明显。”
        赵剑锟,姜爽,李泳珲,曾奇,吴和喜,刘玉娟,刘义保
        2023, 46(5): 050201. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.050201
        摘要：为进一步明确月球表面湮灭辐射的主要来源和影响机理，构建了轨道γ能谱仪中湮灭辐射特征峰定量分析模型，采用GEANT4模拟不同能量质子轰击月岩诱发γ射线微分能谱，并以“嫦娥一号”高能粒子探测器（Chang'e-1 High-energy Particle Detector，CE1-HPD）数据作为输入项，计算了宇宙射线中4~400 MeV质子在月表5种典型岩石中诱发湮灭辐射的特征峰信息。在对“嫦娥一号”γ能谱仪（Chang'e-1 Gamma-ray Spectrometer，CE1-GRS）获取的0.511 MeV特征峰进行本底扣除和天然放射性核素影响剥离后，与4~400 MeV质子诱发湮灭辐射结果进行比较。研究结果表明：级联簇射产生湮灭辐射的概率与入射质子能量呈正相关，在4~400 MeV能量范围内，典型月岩的成分差异对诱发湮灭辐射的影响不明显。虽然该能量段质子的注量率较高，但由于其能量较低，无法有效地通过级联簇射形成正电子，最终导致湮灭辐射贡献率较低，仅为（1.97±0.66）×10-4。  
        关键词：湮灭辐射;GEANT4;高能粒子;贡献率   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在纳米材料领域，科学家利用辐射技术制备了银纳米团簇复合材料，具有光致发光和催化活性，为金属离子检测和催化反应提供新途径。”
        韩斐,汪文睿,李聃屹,沈蓉芳,蒋海青,李吉豪,李林繁
        2023, 46(5): 050202. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.050202
        摘要：银纳米团簇作为一种新兴的纳米材料，由于其极小的尺寸，表现出独特的物理化学性能，得到了广泛的关注。本文利用辐射技术设计了一种简单有效的银纳米团簇复合材料的制备方法。利用聚丙烯酸类聚合物分子链携带的羧基，通过辐射还原直接获得了银纳米团簇水溶液。基于辐射接枝技术，将聚丙烯酸模板接枝到不同基体材料上得到固体模板。利用固体模板代替水溶性模板材料，实现了银纳米团簇在固体模板上的原位合成，直接得到银纳米团簇复合材料。制备的银纳米团簇及其复合材料依旧保有银纳米团簇光致发光及催化活性，在金属离子检测和催化4-硝基酚还原加氢具有应用潜力。同时，基体材料的结构与银纳米团簇也会形成协同作用，提高银纳米团簇的使用性能。利用辐射技术简化银纳米团簇复合材料的合成路线，对于不同基体材料具有普适性，扩宽了银纳米团簇复合材料的潜在应用领域。  
        关键词：辐射还原;辐射接枝;银纳米团簇;荧光;催化   
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        发布时间：2024-10-25
      • “上海软X射线自由电子激光装置的石英光纤束损监测系统，可实时监测180米长波荡器线束流损失，位置分辨能力约0.2米，满足调束需求。”
        吴亚龙,夏晓彬,王光宏,许文贞,李哲夫,张斌团
        2023, 46(5): 050203. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.050203
        摘要：上海软X射线自由电子激光装置（Soft X-ray Free-Electron Laser facility，SXFEL）是我国第一台X射线相干光源，为了对其波荡器线束流损失进行监测，设计安装了一套基于切伦科夫辐射理论的石英光纤束损监测系统。由于石英光纤对高能γ射线不敏感，适应在SXFEL高辐射场环境中安装使用。该束损监测系统响应速度极快，覆盖整个波荡器线约180 m长区域，能够对整个波荡器沿线束流损失进行实时连续监测。本文介绍了该光纤束损监测系统原理与组成，按应用需求进行了系统位置标定与光纤衰减系数测量等实验，并在实际调束过程中考察了该系统的应用情况。结果表明：该系统具有良好的位置分辨能力，在上游位置分辨能力约为0.2 m，能够满足工作人员调束需求。  
        关键词：SXFEL;束流损失监测;光纤;YAG;位置标定;衰减系数   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在高温钍基熔盐堆领域，专家采用包埋渗铝和原位氧化工艺，在GH3535合金表面制备了Al2O3/Ni-Al复合阻氚涂层，为应对氚泄漏风险提供解决方案。”
        梁超飞,刘卫,张东勋,王韡,王军,夏晓彬
        2023, 46(5): 050204. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.050204
        摘要：高温工况下钍基熔盐堆中存在氚泄漏的风险，建立氚渗透屏障涂层有助于应对这一问题。采用包埋渗铝和原位氧化工艺，在GH3535合金表面制备了Al2O3/Ni-Al复合阻氚涂层，重点分析了氧化温度和真空度对氧化铝薄膜微观结构的影响。利用掠入射X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜等手段对氧化铝薄膜表面及截面的微观形貌、相构成进行了实验分析。实验结果表明：低氧分压能降低氧化铝薄膜的形成速度，促进形成更致密、表面平整的薄膜；高的氧化温度有利于形成α相氧化铝及更厚的氧化铝薄膜，但会大大增加表面缺陷。1.2 Pa真空度气氛、850 ℃氧化温度、72 h氧化时间是较优的原位氧化工艺参数，可以在GH3535合金基体表面获得性能较好的氧化铝薄膜，其相结构为γ和α相，厚度约为0.8 μm，且表面致密无缺陷。  
        关键词：钍基熔盐堆;氚控制;渗铝层;原位氧化;氧化铝薄膜   
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        发布时间：2024-10-25

        核电子学与仪器

      • “在环境氡子体气溶胶粒径测量领域，专家设计了一种多孔撞击式采样器，通过CFD模拟与实验标定，验证了其切割粒径满足实际应用需求。”
        谭至宇,陈凌,程卫亚,陈亮平,马天赐
        2023, 46(5): 050401. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.050401
        摘要：氡子体气溶胶粒径是氡子体内照射剂量转换系数关键参数，研制氡子体气溶胶粒径测量装置开展对环境氡子体气溶胶粒径分布测量是必要的。惯性冲击器是一种广泛应用的颗粒物分级采样器，本文分析了几类常见的惯性冲击器，基于空气动力学理论与相关研究基础，设计了一种切割粒径为1 μm的多孔撞击式采样器。利用计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）分析软件Fluent以及离散相模型对多孔撞击式采样器结构的收集板直径、收集板与内壁距离、喷嘴距离、喷嘴与收集板距离、喷嘴高度等设计参数进行模拟与分析，得到了一组优化设计参数，并在实验室用GRIMM11-D空气动力学粒度仪进行了标定。结果表明：多孔撞击式采集器的喷嘴距离（D）、喷嘴高度（T）、喷嘴到收集板的距离（S）与喷嘴直径（W）的关系在D/W=1.5~3.5、T/W=1~5、S/W=1范围内，实验标定结果为dp50=（1±0.07） μm，σg1=1.33，σg2=1.35与CFD数值模拟的结果基本吻合，该冲击器切割粒径满足实际应用需求。  
        关键词：氡子体;惯性冲击器;参数设计;模拟验证   
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        发布时间：2024-10-25
      • “CdZnTe探测器研究取得新进展，模拟计算揭示了影响能谱性能的关键因素，为探测器性能优化提供新思路。”
        朱伟峰,吴金杰,汤显强,赵瑞,鲁平周,屈冰冰,李梦宇,秦峰
        2023, 46(5): 050402. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.050402
        摘要：CdZnTe（CZT）探测器是一种高原子序数的化合物半导体探测器，具有体积小、探测效率高、可在常温环境使用等特点，广泛应用于X、γ射线探测领域。为了更好地研究CZT探测器能谱特性的影响因素，通过Geant4软件建立探测器几何模型，模拟计算CZT晶体的本征探测效率和吸收率；根据Hecht公式计算电荷收集效率，通过收集晶体中的沉积能量和位置信息得到γ射线能谱；通过分析晶体的物理特性，探索其对探测器性能的影响。模拟计算结果表明：电荷收集不完整是影响探测器能谱性能的重要因素，当能量低于50 keV 时，γ射线谱基本不受空穴尾迹的影响，而能量在50~100 keV的γ射线能谱受空穴尾迹的影响较为明显，高于100 keV的γ射线能谱受空穴尾迹的影响逐渐加重。通过增加偏压的方式可以降低空穴尾迹对能谱的影响，同时偏压的增加会使峰位产生偏移，偏移程度受最大电荷收集效率的影响。  
        关键词：CZT探测器;本征探测效率;吸收率;电荷收集效率;空穴尾迹   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在核辐射测量领域，专家提出了双指数信号高斯脉冲成形算法，为提高能量分辨率和堆积脉冲分离能力提供解决方案。”
        杨小艳,洪旭,周建斌,廖光辉,曹彧,严大顺
        2023, 46(5): 050403. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.050403
        摘要：高斯脉冲具有信噪比高、弹道亏损小的优点，因此，在核辐射测量系统中常将核辐射探测器输出信号成形为高斯波形。核辐射探测器实际输出的核脉冲信号更接近于双指数信号，因此在小波变换的基础上，利用卷积运算的微分特性，提出了双指数信号高斯脉冲成形算法，并建立了成形系统的冲激响应。采用模拟核脉冲信号，从时域和频域两方面研究了成形参数对成形脉冲形状、滤波特性的影响规律；采用FAST硅漂移探测器（Silicon Drift Detector，SDD）测量标准Mn样品获得实测核脉冲信号，分别进行高斯脉冲成形算法和梯形脉冲成形算法处理，并生成能谱；通过对比5.89 keV特征峰峰面积、能量分辨率，研究两种成形算法在能量分辨率和堆积脉冲分离方面的性能。结果表明：当达峰时间为3.2~6.4 μs时，两种成形算法所得能谱的能量分辨率最佳，此时，两者之差小于5 eV；在相同达峰时间条件下，高斯脉冲成形算法的堆积脉冲分离能力优于梯形脉冲成形算法。  
        关键词：小波变换;高斯脉冲成形;能量分辨率;堆积脉冲   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在高能同步辐射光源领域，专家采用边界元法计算束流位置探测器灵敏度系数，为探测器设计提供可靠方案。”
        李勇,何俊,随艳峰,袁任贤,杜垚垚,张婉,王徐建,尹頔,于令达,刘智,魏书军,岳军会,曹建社
        2023, 46(5): 050404. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.050404
        摘要：为满足高能同步辐射光源（High Energy Photon Source，HEPS）束流位置测量的需求，研制了各种类型的束流位置探测器（Beam Position Monitor，BPM）。位置灵敏度系数是BPM的一项重要参数，通过它可以精确计算束流的位置。使用边界元法计算束流位置探测器的灵敏度系数，适用于在无法使用天线模拟束流进行实际测量和有限元软件进行模拟的场合。以HEPS储存环BPM的参数为例，首先用边界元法分析计算了具有圆形横截面的BPM的位置灵敏度系数，在此基础上，分析了椭圆形（HEPS增强器）与八边形（BEPCII储存环）管道的系数。将该方法应用于BPM的设计与分析中，确定了高能光源增强器BPM纽扣电极的方位角和北京正负电子对撞机BPM的纽扣电极间距。此外，计算了上述BPM的位置灵敏度系数分布Mapping图。圆形管道BPM的位置灵敏度系数结果与解析值接近，相对误差在1%左右，椭圆形与八边形管道BPM的计算结果与实际测量结果的偏差都在2%左右，证明了边界元法计算束流位置探测器的位置灵敏度系数是一种可靠的方法，可用于BPM的设计与相关问题的分析。  
        关键词：边界元法;束流位置探测器;位置灵敏度系数;高能同步辐射光源   
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        发布时间：2024-10-25

        核能科学与工程

      • “在四代堆型中，气冷快堆具有独特技术优势。专家提出了块状燃料组件设计方案，分析了关键参数对中子学特性的影响，为气冷快堆燃料组件设计提供参考。”
        周梦飞,刘国明,霍小东
        2023, 46(5): 050601. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.050601
        摘要：气冷快堆兼具高温气冷堆的经济性和快堆的可持续性等优点，在四代堆型中具有独特的技术优势。为了适应气冷快堆高温、高中子通量的堆芯环境，本文基于耐事故燃料模型，提出了一种块状气冷快堆燃料组件设计方案，并对该组件中铀钚混合燃料中的钚含量、冷却孔道的直径及数量、栅距比、包壳及组件盒厚度等物理参数对中子学特性的影响规律开展了敏感性分析研究。分析结果表明：在研究的6个参数中，钚含量和栅距比对组件的中子学特性影响最大，冷却孔道数量主要影响组件内的功率分布，其余参数对组件中子学特性几乎无影响。最后针对块状燃料组件低冷却剂份额的特点，利用单通道模型进行组件内的温度分布计算，给出了热工限值对组件参数的要求。  
        关键词：气冷快堆;块状组件;颗粒弥散燃料;中子学特性;敏感性分析;单通道模型   
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        发布时间：2024-10-25
      • “液态燃料熔盐堆余热排出系统研究取得进展，通过数值模拟分析排盐罐瞬态特性，为系统设计提供参考。”
        渠鹏荣,周翀,王纳秀,邹杨,王善武
        2023, 46(5): 050602. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.050602
        摘要：液态燃料熔盐堆具有较高的经济性、安全性及燃料在线处理等多种特点。紧急排盐非能动余热排出系统（Emergency Draining Salt Passive Residual Heat Removal System，EDS-PRHRS）是液态燃料熔盐堆独有的余热排出系统设计，其中排盐罐中熔盐能否安全导出余热是EDS-PRHRS设计的基础。为了研究EDS-PRHRS排盐罐运行过程中的瞬态特性，本文以30 MW熔盐堆紧急排盐罐为研究对象，通过计算流体力学分析软件Fluent对EDS-PRHRS排盐罐进行熔盐耦合换热元件的余热排出瞬态数值模拟，并针对排盐罐相关参数进行敏感性分析。分析结果表明：余热排出过程中换热元件外壁面和熔盐热点温度随时间变化存在峰值，且通过提高换热元件轴向高度、增强气隙层壁面发射率可以显著降低温度峰值，延后排盐时间可以略微降低峰值，此外采用三角形排布可以延缓局部凝固时间。研究结果可为EDS-PRHRS提供设计参考。  
        关键词：熔盐反应堆;余热排出系统;数值模拟;瞬态;敏感性分析   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在核反应堆屏蔽计算领域，专家研究了中子源强分布特点，提出了多权重源强网格映射算法，提高了计算精度，满足工程需求。”
        张平逊,张斌,陈义学
        2023, 46(5): 050603. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.050603
        摘要：中子源强作为输运计算的重要输入参数，数值结果直接影响反应堆屏蔽计算精度。源强受几何模型、燃耗和功率分布的影响，其分布趋势存在明显差异。通过研究源强径向分布特点，基于中子价值生成堆芯各组件几何权重，对权重高的外围组件与径向功率分布梯度较大区域的网格源强进行精细计算。轴向不同高度位置采用分层处理，降低轴向功率峰因子对结果稳定性影响。采用体积权重法进行源强网格与几何网格映射，保证总源强守恒。NUREG/CR-6115基准题的数值验证结果表明：多权重源强网格映射算法与平均源强计算方法输运结果相比，快中子注量率相对误差均方根降低了18.46%。多权重源强网格映射算法可获得准确的源强分布，提高屏蔽计算精度，满足工程应用需求。  
        关键词：屏蔽计算;中子价值;中子源强;快中子注量率   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在核电站严重事故中，气溶胶自然沉积模型改进，提高了放射性污染预测精度。”
        李济深,张斌,高鹏程,缪凡,单建强
        2023, 46(5): 050604. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.050604
        摘要：在压水堆严重事故过程中，气溶胶作为裂变产物的主要载体在安全壳内悬浮，有泄漏到外部环境中造成放射性污染的潜在威胁。安全壳气相悬浮的气溶胶会通过自然沉积机理沉降到壁面或地坑水，降低大气放射性。针对ISAA程序气溶胶模型精度不足的问题，改进安全壳气溶胶自然沉积模型。通过引入气溶胶动态形状因子，修正非球形气溶胶自然沉积速率，改进了重力沉积、布朗扩散、热泳和扩散泳沉积模型。选取AHMED（Aerosol and Heat Transfer Measurement Device）、ABCOVE（Aerosol Behavior Code Validation and Evaluation）和LACE（Light Water Reactor Aerosoal Containment Experiments）实验对改进代码进行评估。结果表明：改进模型能够更加精确模拟气溶胶质量峰值，响应安全壳压力温度对气溶胶自然沉积速率的影响，显著地提高了安全壳气溶胶残留质量的计算精度。改进后ISAA程序性能可以满足分析先进压水堆严重事故安全壳内气溶胶自然沉积行为的需要。  
        关键词：气溶胶;核安全;严重事故;自然沉积模型;ISAA   
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        发布时间：2024-10-25
      • “螺旋十字燃料组件热力耦合响应研究，揭示了包壳应力应变分布规律，为提高堆芯功率密度提供科学依据。”
        丛腾龙,刘峪洁,郭辉,肖瑶,顾汉洋
        2023, 46(5): 050605. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.050605
        摘要：螺旋十字燃料（Helical-Cruciform Fuel，HCF）是一种革新形式的燃料组件，具有比传热面大、导热距离短、旋流交混强、无须格架支撑的特点，可提高堆芯功率密度。然而，HCF组件自支撑位置可能发生应力集中，导致包壳产生塑性变形甚至破裂。本文研究不同工况下HCF棒束热力耦合响应，以包含中心目标棒及周围的3×3棒束单元为计算域进行热力耦合分析，获得HCF组件的应力应变响应，评价包壳完整性。结果表明：HCF包壳外表面von Mises应力和塑性变形最大值总是出现在相邻燃料的接触位置；翼片顶部包壳应力受接触约束和包壳内外表面温差影响，肋部凹槽区域的应力与包壳径向温度梯度有关；相对于单相工况，饱和沸腾工况下HCF包壳塑性变形大但von Mises应力小；反应性引入事故和破口失水事故下，包壳的von Mises应力和塑性应变分别低于350 MPa和0.04，且包壳温度低于锆水反应温度。  
        关键词：螺旋十字燃料;热力耦合分析;燃料性能   
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        发布时间：2024-10-25
      • “在窄矩形通道CHF研究领域，专家通过可视化试验探索了窄缝宽度对CHF的影响，为CHF机理模型建立提供思路。”
        闫美月,潘良明,马在勇,李想,何清澈
        2023, 46(5): 050606. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2023.hjs.46.050606
        摘要：窄矩形通道因具有结构紧凑等优点而被广泛应用于各个领域。为完善窄矩形通道中临界热流密度（Critical Heat Flux，CHF）的预测方法，提高反应堆安全性和经济性，本文进行了不同窄缝宽度下窄矩形通道内CHF可视化试验来探索CHF触发机理。实验同步采集不同窄缝宽度下可视化结果和热工水力数据，结果发现：当窄缝宽度分别为5 mm、3 mm、2 mm和1 mm时，在发生CHF时，通道内流型分别对应泡状流、弹状流、搅混流和环状流。在发生CHF前，在泡状流、弹状流和搅混流都存在温度波动。在环状流中CHF涉及到区域由初始的干斑逐渐扩展；在搅混流时CHF涉及到的区域较小；而弹状流涉及到的区域最广；在泡状流中加热壁面温度波动频率最高。当系统压力在1⁓4 MPa范围内、在窄缝宽度为1 mm时，系统压力与CHF之间存在非线性关系，而在其余通道中随着系统压力增加CHF增加。因此，窄缝宽度对窄矩形通道中CHF有非常重要的影响。本文分析结果可为CHF机理模型的建立提供思路。  
        关键词：临界热流密度;窄矩形通道;窄缝宽度;可视化;触发机理   
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        发布时间：2024-10-25
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