2023年——一等奖

作者：张亨伟（导师：肖瑶）

论文题目：稠密栅棒束内两相流动相界面输运实验与理论研究

论文简介：论文选题来源于国家自然科学基金青年基金项目。稠密栅燃料组件可提高反应堆堆芯功率密度及燃料利用率，进而提高反应堆的性能与经济性。准确预测事故中稠密栅内相界面输运过程对其优化设计及堆芯安全分析具有重要意义。本项目对稠密栅棒束通道内两相流相界面输运特性开展了实验和理论研究，提出了基于电势场模拟迭代的丝网传感器后处理方法，有效克服超调、串音影响，基于自研丝网传感器实现稠密栅复杂流道内两相流动相界面分布高时空分辨率测量。开展了稠密栅棒束内气-液两相流实验研究，明确了稠密栅内两相流动相态分布及演化特性，获得了不同流型下包括空泡份额、相界面浓度、气泡尺寸分布在内的关键两相流信息。评估了现有相界面浓度输运模型适用性，明确了其误差来源，建立了适用于稠密栅棒束流道内的相界面浓度输运模型。基于气泡颗粒输运特性，考虑沿程压力变化和气泡之间相互作用导致的气泡尺寸分布变化，提出了适用于稠密栅流道的气泡尺寸分布演化模型。本研究工作可为两流体模型发展提供新的基础理论模型，为稠密栅堆芯燃料组件设计与安全分析提供支持。

作者：宋煜晨（导师：王德忠）

论文题目：钍基熔盐堆中逆压梯度流下气泡湍流破碎机理研究

论文简介：论文选题来源于国家自然科学基金重点项目“高温熔盐介质环境下裂变气体脱除机理研究”。面向第四代反应堆钍基熔盐堆中的裂变气体脱除问题，对鼓泡脱气技术中文丘里鼓泡器的微气泡湍流碎化生成机理进行了研究，揭示了复杂流动条件下的气泡湍流碎化机理。针对目前气泡破碎的两相同步测量存在一定困难的现状，提出了基于分光技术将层析PIV与视体算法相结合，实现了气泡破碎的三维形态和三维速度场的同步测量，获得了文丘里管渐扩段的逆压力梯度湍流场，并建立了单相流场的瞬态速度场与几何参数、流动参数和物性参数的关联式，实现了逆压梯度湍流场分布的预测；针对目前的气泡受剪切应力发生破碎外，发现了逆压梯度流中新的气泡破碎模式，即气泡在逆压梯度湍流中多尺度涡作用下发生了多元破碎：气泡炸裂破碎模式；针对目前气泡破碎临界韦伯数来自于理论估计，对气泡的韦伯数提出了新的计算方法，通过关联气泡形变参数和气泡表面湍流应力，获得了逆压梯度流中气泡湍流破碎的临界韦伯数，并修正了气泡尺寸分布预测模型，为熔盐堆裂变气体在线脱除系统提供了理论依据与技术支撑。

2023年——二等奖

作者：朱影子（导师：熊进标）

论文题目：严重事故熔池行为关键现象的MPS 模型研究

论文简介： 核反应堆严重事故中燃料棒和堆内结构件会发生熔化，堆内熔融物流动迁移，落入压力容器下封头形成熔池，此过程涉及材料间的共晶反应和密度分层等复杂物理现象，影响下封头熔池结构，关系到压力容器外部冷却的有效性。本文以移动粒子半隐式法（Moving particle semi-implicit, MPS）数值模拟理论为基础，针对熔池内的熔化现象开发了共晶相变模型，模型考虑了熔化界面处的质量传递和释热（或吸热），将相图中的液化线作为相变标准来模拟不同条件下的共晶熔化。为了更加准确地捕捉下封头熔池密度分层过程中的界面形状，在势作用力表面张力模型的理论基础上，基于不同组分液体界面的力平衡分析，开发了势作用力界面张力模型。采用改进后的MPS 方法，最终实现了典型水冷堆熔融物落入压力容器下封头形成熔池的瞬态过程模拟。