案例来源：
邱初发，杨佳雨，王艺朋，李万爱
中山大学中法核工程与技术学院
liwai
mail.sysu.edu.cn介绍/亮点
在核电一回路发生失水事故情况下，一个重要的物理现象是冷却剂的快速蒸发并往外流动，在热管上蒸汽遇冷产生冷凝回流以及安注系统注入的补充水均产生两相逆向流动。本文对于该现象作了一定简化并设计了具有一定倾斜角度的圆管流动，使用Fluent软件对该两相流动进行二维和三维模拟，并采用自适应网格对两相界面进行自动加密。在不同倾斜角度下，获得了不同水流速下的气体流动对补充水流量的影响，特别是对产生逆流时开始点的预测。最后对这些结果进行无量纲化统计分析，获得气液流量关系统计关系式和修改的模型关系式。这些关系式对于真实反应堆失水事故时管道流动的流量和空气率具有一定的预测能力。
背景介绍
在反应堆压力容器发生失水事故情况下，一个重要的应对措施是发生在热管部位的冷凝回流：热的水蒸气在压力容器冷热腿上发生冷凝。冷凝的液态水汇合安注系统注入的冷却水与向上流动的水蒸气发生对流，当水蒸气流速过大时，则会携带一部分液体做同向运动，从而影响堆芯的冷却水水注入，这在工程上被称为溢流。溢流情况严重时可将冷却水完全带出，极大影响了反应堆的冷却与安全。所以对本课题的研究对于事故情况下的堆芯冷却，核电站的安全运营以及两相对流现象本质的理解都有重要意义。本文旨在研究在事故发生时，是否会引起溢流现象的发生，该课题也可广延到：在管道内的两相对流现象发生时，在何种条件下会发生溢流现象。
计算模型与网格
计算模型将冷端/热端简化成圆管流动，设置合理的进出口外形和流量大小，逆向流动可以通过反向出口流出以进行逆向流动量度。使用ICEMCFD生成2D和3D计算网格。分别制作粗网格和密网格，通过比较模拟结果数据和流型的合理性，综合选择既能满足计算精度又能缩小计算时间的网格。计算采用VOF两相流模型，对界面处采用相组分梯度为标准的自适应加密技术。采用局部加密的网格自适应方法，通过设置不同参数，可以控制网格加密的程度。为了突显自适应结合高精度计算结果和低计算时间的优势，进行粗网格自适应和密网格无自适应计算结果的对比。
计算输入参数包括圆管的倾斜角度、进口的水流量和空气流量/流速，且在每一个工况计算中统计流量和收敛性确保结果的可靠。
结果与讨论
在二维流动计算里，利用相体积组分的梯度作为指示器，使用自适应技术所获得较为锐利的两相交接面。
在水平管计算中，对于一个固定的水流量，通过改变气体流量所获得的气体流量-水出口流量关系图。可以看到当气体流量大到一定情况下，水流量开始减少（即出现逆流），直到最终发生完全的逆流。对于不同的固定水流量(下图四个)，可得得到不同的逆流过程。同样地，改变管道的倾斜角度，可以获得固定水流量下开始发生逆向流动时的气体流量与倾斜角的关系（下左图）和固定水流量下发生完全逆向流动时的气体流量与倾斜角的关系（下右图）。
0°管空气和水流量关系图°管空气和水流量关系图
其中J*G为无量纲化的气体流量，J*L为无量纲化的水流量
结论Conclusions
本文设计了具有一定倾斜角度的圆管流动来模拟压力容器失水事故下的气液两相流动，在Fluent软件中采用VOF两相流动模型和自适应加密技术对该两相流动进行二维和三维模拟。本文获得了在不同倾斜角度下不同水流速下的气体流量对水流量的影响，并根据这些数据获得逆流开始和最后发生全部逆流的不同气体流量。最后对这些结果进行无量纲化统计分析，给出气液流量关系统计关系式和修改的模型关系式，以方便在不同工况下计算补充水进入压力容器的流量。
陆面体