自然循環(huán)瓣閥開啟行為的分流域耦合仿真方法

豐收， 王福鵬， 孫汝雷， 岳芷廷， 田瑞峰， 高璞珍

(1.哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150001； 2.中國原子能科學(xué)研究院， 北京 102413)

隨著國家能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整，以核能、光伏等為代表的新能源發(fā)電產(chǎn)業(yè)受到越來越多的關(guān)注?！把帻垺?DHR-400反應(yīng)堆是中核集團(tuán)設(shè)計的一種深水池式低溫供熱反應(yīng)堆，反應(yīng)堆采用了大量的非能動設(shè)計，其中自然循環(huán)瓣閥是安裝在堆芯外層用于事故時形成“堆芯—水池”自然循環(huán)流動的關(guān)鍵設(shè)備。因此其性能的優(yōu)劣直接決定了反應(yīng)堆能否安全穩(wěn)定的運(yùn)行。

我國于 1980 年開始進(jìn)行核能供暖技術(shù)的研究[1]，目前已經(jīng)完成了多型核能供暖堆的設(shè)計工作，部分堆型進(jìn)行了建造且完成了試運(yùn)行工作。張亞軍等[2]介紹了2×200 MW低溫核供熱產(chǎn)業(yè)化示范工程的概況、研究進(jìn)展，總結(jié)了核供熱堆的主要技術(shù)特點(diǎn)，并給出社會經(jīng)濟(jì)效益分析和應(yīng)用前景展望。郝文濤等[3]對“NHR200-Ⅱ”型低溫供熱堆進(jìn)行了介紹，闡述了核能供暖項目的安全性、先進(jìn)性和可行性?？聡恋萚4]從“燕龍”自身技術(shù)特點(diǎn)出發(fā)，開展方案設(shè)計優(yōu)化、采用完全非能動余熱導(dǎo)出技術(shù)、制定適用于“燕龍”的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)及實驗驗證策劃。岳芷廷等[5]檢驗了DHR-200池式低溫供熱堆自然循環(huán)瓣閥在全廠斷電疊加緊急停堆系統(tǒng)事故(SBO-ATWS)的安全性，驗證了DHR-200池式堆的固有安全性。Jaakko Lepp?nen[6]以低碳政策的推行為切入點(diǎn)，總結(jié)并介紹了多國核能供暖反應(yīng)堆的研發(fā)歷史和技術(shù)特點(diǎn)。Gransell等[7]介紹了由芬蘭和瑞典聯(lián)合開發(fā)的SECURE反應(yīng)堆的系統(tǒng)設(shè)計，對其非能動安全系統(tǒng)的作用機(jī)制進(jìn)行了分析。Ville Tulkki 等[8]介紹了一種可以進(jìn)行區(qū)域供熱和工業(yè)供汽的小型模塊化反應(yīng)堆。Zhang Yixuan等[9]總結(jié)了低溫池式供熱堆的發(fā)展背景，介紹了核供熱技術(shù)、安全性和經(jīng)濟(jì)性的相關(guān)研究。

計算流體動力學(xué)經(jīng)過多年的發(fā)展，目前對定常問題的解決已經(jīng)非常成熟，但是關(guān)于某些非定常問題的處理依舊面臨著諸多挑戰(zhàn)。重疊網(wǎng)格便是一種與傳統(tǒng)動網(wǎng)格不同的網(wǎng)格處理方式，是由Steger等[10]提出，其基本思想是將計算網(wǎng)格分成了背景網(wǎng)格和若干個部件網(wǎng)格。多套網(wǎng)格之間相互獨(dú)立，彼此的相對運(yùn)動不對網(wǎng)格本身造成影響，從而允許計算模型可以有相對復(fù)雜的運(yùn)動。在每一時間步內(nèi)通過重疊區(qū)域的相互插值進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換，從而完成整個流場的計算。Robert等[11]為重疊網(wǎng)格的使用者提供了一個集成幾何模型前處理、表面網(wǎng)格劃分、體網(wǎng)格生成的用戶操作平臺，不僅提高了重疊網(wǎng)格的生成效率，而且能夠極大的提高復(fù)雜物體的貼體網(wǎng)格的生成效率。Wang[12]提出了一種更為簡單有效的自動挖洞方法，此方法在洞邊界節(jié)點(diǎn)處采用 ADT 技術(shù)大大地提高了網(wǎng)格裝配效率。在國內(nèi)，龐宇飛等[13]提出了一種交點(diǎn)判別法進(jìn)行挖洞的網(wǎng)格搜索，并且通過翼身組合體的例子進(jìn)行了驗證。經(jīng)過前人的不懈努力，重疊網(wǎng)格技術(shù)取得了飛速的發(fā)展，目前已有利用重疊網(wǎng)格進(jìn)行潛艇水下航行、汽車行駛過程流場分析、物體自由落體運(yùn)動等多類具有大尺度位移的非定常運(yùn)動問題中。

目前，有關(guān)自然循環(huán)瓣閥的熱工水力學(xué)研究還鮮見報道，因此本文提出一種基于重疊網(wǎng)格理論的池式低溫供熱堆自然循環(huán)瓣閥開啟行為分流域耦合的仿真方法。利用該方法分別建立了自然循環(huán)瓣閥和反應(yīng)堆及堆水池的的三維重疊網(wǎng)格模型。本文采用該方法模擬了自然循環(huán)瓣閥的開啟行為，獲得了開啟過程的速度場、質(zhì)量流量等流場數(shù)據(jù)。

1 數(shù)學(xué)模型及數(shù)值方法

在建立的數(shù)值水池和堆芯中進(jìn)行自然循環(huán)瓣閥旋轉(zhuǎn)開啟的模擬過程中，控制方程由連續(xù)性方程和動量方程(N-S)組成。

假定流體不可壓縮，對事故初期自然循環(huán)瓣閥的開啟過程進(jìn)行數(shù)值模擬，需要滿足以下控制方程：

連續(xù)性方程為：

(1)

動量方程為：

(2)

式中：ρ為流體密度，kg/m3；ui、uj(i，j=1，2，3)為X、Y、Z方向的速度矢量，m/s；gi為重力加速度分量，m/s2；μ為粘性系數(shù)，Pa·s。

重疊網(wǎng)格分為貢獻(xiàn)單元和差值點(diǎn)，依靠二者的相對位置，可以求得貢獻(xiàn)點(diǎn)與待差值點(diǎn)間的插值系數(shù)。根據(jù)這些插值系數(shù)，我們可以得到被插值點(diǎn)的任意變量值。

(3)

式中：ξi、ηi、ζi為插值系數(shù)；φi為貢獻(xiàn)點(diǎn)上的變量值。

2 計算模型及數(shù)值計算

2.1 計算模型

由于DHR-400反應(yīng)堆是雙軸對稱的結(jié)構(gòu)，整個反應(yīng)堆包含4條完全相同的一回路。為了在完整模擬事故初期自然循環(huán)瓣閥附近的流場變化的同時減小計算網(wǎng)格量的大小，本文的計算模型建立了1/3的反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)原型，模型中包含了2條完整的一個回路，一個完整的自然循環(huán)瓣閥。堆芯及水池總高度3 m，堆芯半徑1.5 m，水池半徑5.0 m，堆芯及水池的圓心角120°，自然循環(huán)瓣閥閉合和完全開啟時分別與豎直方向成±22.5°。計算模型如圖1所示。

圖1 反應(yīng)堆數(shù)值計算模型Fig.1 Reactor numerical calculation model

自然循環(huán)瓣閥的結(jié)構(gòu)如圖2所示。反應(yīng)堆正常運(yùn)行時，射流管線的射流沖擊會給自然循環(huán)瓣閥的閥瓣提供一個正壓力；堆芯內(nèi)冷卻劑的高流速會使得自然循環(huán)瓣閥堆芯側(cè)壓強(qiáng)低于水池側(cè)，形成一個向內(nèi)的壓力。在瓣閥自身重力及外力的耦合作用下，會使得自然循環(huán)瓣閥壓在閥座上，成閉合狀態(tài)。當(dāng)反應(yīng)堆一回路主泵失效時，射流管線關(guān)閉，主泵惰轉(zhuǎn)不足以維持一回路冷卻劑以額定流量流動，因此在自然循環(huán)瓣閥處有向外流動的趨勢，施加給閥瓣一個向外的推力。當(dāng)瓣閥內(nèi)外的壓差產(chǎn)生的推力和重錘的重力達(dá)到自然循環(huán)瓣閥的開啟力矩時，自然循環(huán)瓣閥打開，形成“堆芯—水池”自然循環(huán)流動通路。為了使加快計算速度，減少計算資源的浪費(fèi)，對自然循環(huán)瓣閥的模型結(jié)構(gòu)進(jìn)行了相應(yīng)的簡化:

1)刪減瓣閥支撐肋結(jié)構(gòu)。

自然循環(huán)瓣閥的支撐肋結(jié)構(gòu)對整個計算過程中流場的影響甚微，刪減其對整體計算結(jié)果的影響可以忽略。

2)簡化自然循環(huán)瓣閥重錘結(jié)構(gòu)。

自然循環(huán)瓣閥的重錘結(jié)構(gòu)會對重疊網(wǎng)格區(qū)域的網(wǎng)格劃分及數(shù)據(jù)插值造成較大的麻煩，因此對其進(jìn)行簡化。建模過程中略去重錘結(jié)構(gòu)，重錘的作用通過UDF來實現(xiàn)。

圖2 自然循環(huán)瓣閥結(jié)構(gòu)示意Fig.2 Schematic diagram of the structure of the natural circulation flap valve

經(jīng)過計算模型的簡化，在不影響計算精度的前提下，既加快了數(shù)值模型的整體計算速度，還獲得了貼近真實情況的流場信息。

為了使重疊網(wǎng)格部分擁有更好的對應(yīng)關(guān)系，使得計算更加準(zhǔn)確、收斂性更快，在自然循環(huán)瓣閥轉(zhuǎn)動路徑區(qū)域進(jìn)行影響主體(body of influence，BOI)加密，加密區(qū)域切面如圖3所示。

圖3 轉(zhuǎn)動路徑加密區(qū)域切面Fig.3 Rotation path encrypts area slice plots

將計算模型導(dǎo)入后，建立流場計算域。由于自然循環(huán)瓣閥開啟過程中會導(dǎo)致網(wǎng)格發(fā)生較大的畸變，故采用重疊網(wǎng)格的方式進(jìn)行計算模型的網(wǎng)格劃分。從反應(yīng)堆運(yùn)行安全的角度出發(fā)，考慮工程實際中自然循環(huán)瓣閥的加工誤差、間隙裝配及機(jī)械振動，遂將自然循環(huán)瓣閥模型的閥瓣半徑設(shè)置成略小于自然循環(huán)瓣閥流道的半徑(徑向方向上有5 mm的間隙)。由于重疊網(wǎng)格方法不能處理固體域，所以采用“包覆-掏空”方法對自然循環(huán)瓣閥進(jìn)行模型的處理，在自然循環(huán)瓣閥表面包覆一層5 mm厚的流體域，瓣閥的實體部分掏空處理，自然循環(huán)瓣閥流道的固體壁掏空處理。將自然循環(huán)瓣閥流體域定義為部件網(wǎng)格，其余部分定義為背景網(wǎng)格，且為了保證計算的精度及部件網(wǎng)格的瞬時更新，整個計算域采用六面體核心網(wǎng)格進(jìn)行劃分。瓣閥的網(wǎng)格如圖4所示。

圖4 自然循環(huán)瓣閥網(wǎng)格Fig.4 Natural circulation flap valve grid

在運(yùn)動及網(wǎng)格的處理上，采用區(qū)域運(yùn)動的方式，當(dāng)自然循環(huán)瓣閥在內(nèi)外壓差的作用下運(yùn)動時，自然循環(huán)瓣閥與表面流體域網(wǎng)格一起轉(zhuǎn)動而不發(fā)生相對位移，通過部件網(wǎng)格和背景網(wǎng)格在不同相對位置處的重合區(qū)域的網(wǎng)格進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，改變流場參數(shù)在計算網(wǎng)格中的分布，從而插值獲得自然循環(huán)瓣閥發(fā)生位移后的流場參數(shù)與網(wǎng)格對應(yīng)關(guān)系。

整個計算域由部件重疊域及背景流場域組成，為了更精細(xì)地捕捉自然循環(huán)瓣閥附近流動的物理特性，自然循環(huán)瓣閥流道表面第1層網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的無因次長度y+控制在45左右，網(wǎng)格總數(shù)為810萬左右。裝配后計算模型切面網(wǎng)格如圖5所示。

圖5 裝配后的計算模型切面網(wǎng)格Fig.5 Calculated model slice mesh after assembly

2.2 邊界條件

計算采用隱式有限體積法離散動量方程，利用耦合求解器在時域中求解，計及重力影響并采用標(biāo)準(zhǔn)大氣壓作為參考壓力進(jìn)行初始化。對于此計算模型關(guān)注的重點(diǎn)為自然循環(huán)瓣閥開啟過程中堆芯內(nèi)外流場的變化，對邊界層附近的流場變化關(guān)注度不高，且堆芯內(nèi)冷卻劑的流速很高，故使用高Re湍流模型k-epsilon進(jìn)行計算，對流項采用二階迎風(fēng)模式以提高精度。

2.3 計算過程

在相關(guān)參數(shù)及邊界條件設(shè)置完畢后，進(jìn)行穩(wěn)態(tài)工況的初始化和計算，為計算域提供一個初始的計算數(shù)值場。在穩(wěn)態(tài)工況計算收斂后，改為瞬態(tài)計算，同時為瓣閥計算域設(shè)置壓差敏感開啟的UDF，使用Couple方法進(jìn)行計算，瞬態(tài)時間步長采用0.005 s。計算過程如圖6所示。

圖6 重疊網(wǎng)格計算流程Fig.6 Overlay grid computing flowchart

2.4 網(wǎng)格敏感性分析

為了確保計算結(jié)果的準(zhǔn)確性，對計算模型的網(wǎng)格進(jìn)行了無關(guān)性驗證。在保證自然循環(huán)瓣閥流道表面第1層網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的無因次長度y+控制在45不變的情況下，主要考慮自然循環(huán)瓣閥部件網(wǎng)格和背景網(wǎng)格的重疊區(qū)域網(wǎng)格數(shù)量對計算結(jié)果的影響。

如圖7所示，隨著網(wǎng)格數(shù)量的增加，自然循環(huán)瓣閥流出的質(zhì)量流量呈現(xiàn)上升的趨勢。網(wǎng)格數(shù)量從619萬增加到810萬時自然循環(huán)瓣閥的質(zhì)量流量增加15%左右。網(wǎng)格數(shù)量從810萬增加到1 050萬時自然循環(huán)瓣閥的質(zhì)量流量只增加4%。在計算精度允許的前提下，考慮計算所需時間及所耗費(fèi)資源問題，顧選取網(wǎng)格量為810萬的網(wǎng)格模型進(jìn)行計算分析。

圖7 網(wǎng)格敏感性分析Fig.7 Mesh sensitivity analysis

3 計算結(jié)果及分析

當(dāng)反應(yīng)堆正常運(yùn)行時，進(jìn)入反應(yīng)堆堆芯的冷卻劑被加熱后通過主泵將冷卻劑從一回路導(dǎo)出堆芯進(jìn)行后續(xù)的冷卻及循環(huán)。在事故發(fā)生時，主泵失效，一回路冷卻劑的流動失去動力源頭，導(dǎo)致堆芯內(nèi)的冷卻劑流量迅速降低。與此同時，關(guān)閉射流管線閥門。在瓣閥內(nèi)外壓力、瓣閥自身重力及自然循環(huán)瓣閥重錘重力的耦合作用下，自然循環(huán)瓣閥會打開，形成堆芯和水池之間的自然循環(huán)冷卻回路。針對自然循環(huán)瓣閥開啟的物理過程，以瓣閥標(biāo)準(zhǔn)安裝高度為例進(jìn)行分析。

3.1 自然循環(huán)瓣閥開啟過程的速度場分析

在針對自然循環(huán)瓣閥開啟過程的計算分析中，堆芯內(nèi)的速度分布直接反應(yīng)了堆芯內(nèi)部冷卻劑的流動狀態(tài)，對自然循環(huán)瓣閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計及布置位置有著重要的影響。

在計算模型的對稱面建立一個ZX平面，獲得此截面上速度場的瞬態(tài)變化分布圖。

為了模擬加工誤差、間隙裝配和機(jī)械振動導(dǎo)的自然循環(huán)瓣閥出現(xiàn)的漏流現(xiàn)象，在建模過程中自然循環(huán)瓣閥與流道徑向上存在一個5 mm的間隙。從速度云圖中可以看出，在自然循環(huán)瓣閥完全閉合時在瓣閥與流道之間一個漏流，漏流量為4 kg/h。此時漏流從瓣閥與流道之間的縫隙成射流狀噴出，射流方向是垂直于自然循環(huán)瓣閥流道向堆水池。如圖8是自然循環(huán)瓣閥閉合時流場的初始狀態(tài)。

圖8 自然循環(huán)瓣閥閉合時的速度場Fig.8 Velocity field when the natural circulation flap valve is closed

當(dāng)自然循環(huán)瓣閥的開度為22.5°時(圖9)，瓣閥與堆芯上部連接處流體速度較附近區(qū)域的流體速度大，且經(jīng)過此處的流體有一個向左下方流動的狀態(tài)，說明此時堆芯內(nèi)的部分流體在壓差的作用下向下方的自然循環(huán)瓣閥流動，判定堆芯上部存在大角度回轉(zhuǎn)流或有旋渦存在。當(dāng)流體在自然循環(huán)瓣閥出口的位置時，由于瓣閥下部流動阻力及堆芯水池壓力梯度的存在，使得自然循環(huán)瓣閥出口下部的流體有一段微小的向上流動的趨勢。由于自然循環(huán)瓣閥及瓣閥流道的阻擋作用，使得此位置瓣閥外側(cè)出現(xiàn)一個繞流，繞流的外側(cè)速度最大。當(dāng)自然循環(huán)瓣閥完全打開時(開合角度45°)，如圖10，瓣閥的流量達(dá)到最大。

圖9 自然循環(huán)瓣閥旋轉(zhuǎn)22.5°時的速度場Fig.9 Velocity field at a natural circulation flap valve rotation of 22.5°

圖10 自然循環(huán)瓣閥旋轉(zhuǎn)45°時的速度場Fig.10 Velocity field when the natural circulation flap valve is rotated 45°

3.2 自然循環(huán)瓣閥開啟過程的質(zhì)量流量變化

觀察自然循環(huán)瓣閥出口的質(zhì)量流量隨時間變化的云圖可以看出：當(dāng)自然循環(huán)瓣閥完全閉合時(圖11)，堆芯內(nèi)的流體將自然循環(huán)瓣閥通道分成2部分，小部分流體泄漏進(jìn)入水池內(nèi)，大部分流體從自然循環(huán)瓣閥流道的一側(cè)進(jìn)入，另一側(cè)流出。隨著自然循環(huán)瓣閥的開啟(圖12～14)，從瓣閥流道流入堆芯的流體質(zhì)量流量逐漸減小，流入堆水池的質(zhì)量流量最大的位置逐漸移動到流道中心，流道中心位置流體的質(zhì)量流量最大，周圍的質(zhì)量流量梯度變小。

圖11 瓣閥完全閉合時流道入口的質(zhì)量流量Fig.11 Mass flow of the runner inlet when the flap valve is fully closed

圖12 t=0.12 s時瓣閥流道入口的質(zhì)量流量Fig.12 Mass flow at t=0.12 s inlet of the flap valve runner

圖13 t=0.2 s時瓣閥流道入口的質(zhì)量流量Fig.13 Mass flow at t=0.2 s inlet of the flap valve runner

圖14 瓣閥完全開啟時的時流道入口的質(zhì)量流量Fig.14 Mass flow at the runner inlet when the flap valve is fully opened

當(dāng)事故發(fā)生時，主泵失效，自然循環(huán)瓣閥射流管線的流量為0。此時自然循環(huán)瓣閥在瓣閥內(nèi)外壓差、自然循環(huán)瓣閥重錘及瓣閥自身重力的耦合作用下獲得了旋轉(zhuǎn)角速度，瓣閥逐漸打開。隨著瓣閥的開啟，瓣閥流道的流量逐漸增加，從質(zhì)量流量云圖可以看出瓣閥流道內(nèi)的質(zhì)量流量逐漸增大，堆芯內(nèi)的部分冷卻劑從自然循環(huán)瓣閥處流出。

3.3 自然循環(huán)瓣閥的參數(shù)敏感性分析

為了探究自然循環(huán)瓣閥的結(jié)構(gòu)參數(shù)對自然循環(huán)瓣閥開啟行為造成的影響，本文針對自然循環(huán)瓣閥安裝在400、600、1 000、1 400 mm的高度上進(jìn)行了參數(shù)敏感性分析，獲得了自然循環(huán)瓣閥在開啟過程中的速度場、自然循環(huán)瓣閥及一回路的流量變化。圖15所示為自然循環(huán)瓣閥的安裝高度距離上升筒頂部400、600、1 000、1 400 mm時自然循環(huán)瓣閥流道的質(zhì)量流量隨時間的變化曲線。從曲線的變化趨勢可以看出，不同安裝高度的自然循環(huán)瓣閥在事故初期時從自然循環(huán)瓣閥漏流的流量基本相同，約為4 kg/h。隨著自然循環(huán)瓣閥的開啟，安裝位置距離入口越近的自然循環(huán)瓣閥在同一時刻通過自然循環(huán)瓣閥流出的質(zhì)量流量越多。同一時間不同安裝高度的自然循環(huán)瓣閥質(zhì)量流量如表1所示。當(dāng)自然循環(huán)瓣閥的開啟時間為0.075 s時，不同安裝高度的自然循環(huán)瓣閥質(zhì)量流量基本相同；當(dāng)自然循環(huán)瓣閥的開啟時間為0.3 s時，此時自然循環(huán)瓣閥處于全開的狀態(tài)，全開的質(zhì)量流量分別為311.0、320.1、364.6、387.2 kg/h。

圖15 反應(yīng)堆一回路質(zhì)量流量隨時間的變化曲線Fig.15 Curves of mass flow in the first circuit of the reactor over time

表1 不同工況的自然循環(huán)瓣閥在同一時刻的質(zhì)量流量

如圖16為不同的自然循環(huán)瓣閥安裝高度工況下，自然循環(huán)瓣閥開啟過程中堆芯一回路的質(zhì)量流量變化曲線。從質(zhì)量流量隨時間的變化曲線得出：4種自然循環(huán)瓣閥的安裝高度在事故時初期一回路的質(zhì)量流量變化趨勢及數(shù)值基本相同；不同安裝高度的自然循環(huán)瓣閥的開啟時間均為0.3 s左右；在自然循環(huán)瓣閥打開后的0.15～0.25 s內(nèi)，自然循環(huán)瓣閥的安裝高度對一回路的質(zhì)量流量影響開始凸顯，安裝位置越高的自然循環(huán)瓣閥，其一回路的質(zhì)量流量越大，結(jié)合自然循環(huán)瓣閥流道的質(zhì)量流量變化可以看出，此時亦為自然循環(huán)瓣閥質(zhì)量流量變化最明顯的時間段。反應(yīng)堆堆芯入口的質(zhì)量流量隨時間的變化曲線如圖17所示。

圖16 自然循環(huán)瓣閥流道質(zhì)量流量隨時間的變換曲線Fig.16 Natural circulation flap valve mass flow curves over time

圖17 反應(yīng)堆堆型入口質(zhì)量流量隨時間的變化曲線Fig.17 Curves of reactor type inlet mass flow over time

從圖中可以看出自然循環(huán)瓣閥開啟會使得反應(yīng)堆堆芯內(nèi)形成一條“堆芯-反應(yīng)堆水池”通路，使得反應(yīng)堆堆芯入口的質(zhì)量流量有一個上升的過程。其中H=400工況的自然循環(huán)瓣閥開啟導(dǎo)致反應(yīng)堆入口質(zhì)量流量的變化最大，達(dá)到279.12 kg/h。

4 結(jié)論

1)當(dāng)自然循環(huán)瓣閥存在加工尺寸誤差、間隙裝配及機(jī)械振動問題時，會導(dǎo)致自然循環(huán)瓣閥出現(xiàn)漏流，漏流沿著瓣閥和流道的縫隙噴射進(jìn)入堆水池內(nèi)部，射流方向與自然循環(huán)瓣閥流道垂直；自然循環(huán)瓣閥處于閉合狀態(tài)閉合時，自然循環(huán)瓣閥流道空間在橫向上被分成2部分，堆芯內(nèi)的部分流體會從一側(cè)進(jìn)入，從另一側(cè)流出。

2)當(dāng)事故發(fā)生時，自然循環(huán)瓣閥可以在瓣閥內(nèi)外壓力、重錘及瓣閥自身重力的耦合作用下非能動地打開，使得堆芯內(nèi)的一部分流體通過自然循環(huán)瓣閥流入堆水池。自然循環(huán)瓣閥的安裝位置在數(shù)值方向上越靠近入口處，自然循環(huán)瓣閥全開的質(zhì)量流量越大。

3)經(jīng)過瓣閥與堆芯連接處位置的流體有一個向下流動的狀態(tài)，判斷在堆芯內(nèi)部高于自然循環(huán)瓣閥位置的內(nèi)部空間內(nèi)存在旋渦或大角度回旋流。