论文标题：Droplet Entrainment in Steam Supply System of Water-Cooled Small Modular Reactors: Experiment and Modeling Approaches

论文链接：https://doi.org/10.3390/jne5040035

期刊名：Journal of Nuclear Engineering

期刊主页：https://www.mdpi.com/journal/jne

在小型模块化反应堆 (SMR) 的设计与验证过程中，蒸汽流中的液滴夹带现象是一个需要重点研究的课题。这一现象对于瞬态和事故场景的安全与风险分析至关重要。传统研究主要针对千兆瓦容量的压水堆(PWR)系统，而PWR型SMR由于采用更紧凑的一体化设计，液滴夹带现象更为显著，亟需专门研究。

爱达荷国家实验室的Piyush Sabharwall团队在Journal of Nuclear Engineering 期刊发表的文章，系统评估了实验与计算流体动力学 (CFD) 建模方法，填补了这一领域的研究空白，为早期反应堆系统设计、测试和模型评估提供支持。

蒸汽流中的液滴夹带现象示意图

研究过程与结果

作者采用多学科交叉方法，整合了实验研究与建模模拟两大方向：

1. 实验研究：

• 通过整体效应试验 (IET) 和分离效应试验 (SET) 模拟不同事故场景 (如主蒸汽管道破裂MSLB、蒸汽发生器管道破裂SGTR)。

• 测量关键参数，如表面相速度、容器液位、压力、空隙率，以评估液滴夹带的相关性。

• 采用先进仪器 (如超声波传感器、光纤探针) 精确捕捉两相流动态。

2. 建模与模拟：

• 采用CFD (计算流体力学) 和RELAP (反应堆偏移和泄漏分析程序) 进行系统级仿真。

• 结合欧拉-拉格朗日混合方法，模拟液滴在蒸汽流中的夹带与沉积过程。

• 通过实验数据优化模型，提高预测准确性。

研究发现，夹带率与气相表观流速、液体湍流及几何结构 (如管道出口位置) 强相关。SMR因设计紧凑，夹带现象更显著；事故中夹带液滴的闪蒸会加剧安全壳压力上升，而冷却剂快速流失可能影响堆芯冷却；需进一步研究非冷凝气体 (NCG) 对夹带的影响，以及SMR特有几何结构 (如堆芯上方穿透管道) 在事故中的行为。

研究总结

本文系统梳理了液滴夹带的实验与建模方法，为SMR安全设计提供了重要参考。未来研究方向包括：

1. 建立比例化整体效应试验 (IET) 设施，模拟SMR特定事故场景下的两相流行为。

2. 结合CFD与RELAP并行建模，优化液滴夹带预测模型。

3. 探索非冷凝气体对夹带现象的影响，提高模型适用性。

随着全球对SMR的关注增加，液滴夹带研究将成为核能安全领域的关键课题。爱达荷国家实验室的这项研究不仅推动了SMR技术的发展，也为下一代核反应堆的安全认证奠定了科学基础。

Journal of Nuclear Engineering 期刊介绍

主编：Dan Gabriel Cacuci，University of South Carolina， USA

期刊创刊于2020年,是一本国际开放获取期刊，发表同行评审的论文。期刊涵盖了与核和辐射过程的科学和应用相关的原创研究、想法和进展。发文类型包括original research papers, reviews, communications, brief reports, opinions, technical notes, editorials等。

截至目前，Journal of Nuclear Engineering 期刊已被Scopus, ESCI (Web of Science), EBSCO等数据库收录。

Journal of Nuclear Engineering期刊介绍：https://www.mdpi.com/journal/jne

主编：Dan Gabriel Cacuci，University of South Carolina， USA

期刊创刊于2020年,是一本国际开放获取期刊，发表同行评审的论文。期刊涵盖了与核和辐射过程的科学和应用相关的原创研究、想法和进展。发文类型包括original research papers, reviews, communications, brief reports, opinions, technical notes, editorials等。

截至目前，Journal of Nuclear Engineering期刊已被Scopus, ESCI (Web of Science), EBSCO等数据库收录。