Contents
1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1
1.1 High-Temperature Gas-Cooled Reactor (HTGR) . . . . . . . . . . . . . .
1
1.1.1 Classification and Brief History . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1
1.1.2 Main Features and Advantages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2
1.2 Pebble Bed Type HTGR in Tsinghua University . . . . . . . . . . . . .
2
1.2.1 Competative Technical Routes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5
1.2.2 Heat Transfer Investigations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5
1.3 Pebble Flows . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6
1.3.1 Discharging/recirculating Granular Flow . . . . . . . . . . . . .
6
1.3.2 Very Slow Pebble Flow in HTGR . . . . . . . . . . . . . . . . .
7
1.3.3 Pebble Flow Intermittency . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8
1.3.4 Importance of Flow Uniformity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.3.5 Optimization of Pebble Flow Design . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.3.6 Review of State-of-the-Art Work . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.4 Pebble Bed Heat Transfer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.4.1 Gas-Pebble Heat Transfer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
1.4.2 Pebble Thermal Radiation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
1.4.3 Effective Thermal Diffusivity and Conductivity . . . . . . . . 25
1.5 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2 Experiments in Pebble Flows . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
2.1 Experimental Test Facility . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
2.2 Phenomenological Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
2.2.1 Drainage Pebble Experiment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
2.2.2 Central Area Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
2.2.3 Side Area Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
2.2.4 Pre-filled Stripes Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
2.2.5 Pre-filled Core Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
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1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1
1.1 High-Temperature Gas-Cooled Reactor (HTGR) . . . . . . . . . . . . . .
1
1.1.1 Classification and Brief History . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1
1.1.2 Main Features and Advantages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2
1.2 Pebble Bed Type HTGR in Tsinghua University . . . . . . . . . . . . .
2
1.2.1 Competative Technical Routes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5
1.2.2 Heat Transfer Investigations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5
1.3 Pebble Flows . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6
1.3.1 Discharging/recirculating Granular Flow . . . . . . . . . . . . .
6
1.3.2 Very Slow Pebble Flow in HTGR . . . . . . . . . . . . . . . . .
7
1.3.3 Pebble Flow Intermittency . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8
1.3.4 Importance of Flow Uniformity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.3.5 Optimization of Pebble Flow Design . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.3.6 Review of State-of-the-Art Work . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.4 Pebble Bed Heat Transfer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.4.1 Gas-Pebble Heat Transfer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
1.4.2 Pebble Thermal Radiation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
1.4.3 Effective Thermal Diffusivity and Conductivity . . . . . . . . 25
1.5 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2 Experiments in Pebble Flows . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
2.1 Experimental Test Facility . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
2.2 Phenomenological Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
2.2.1 Drainage Pebble Experiment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
2.2.2 Central Area Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
2.2.3 Side Area Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
2.2.4 Pre-filled Stripes Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
2.2.5 Pre-filled Core Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
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