一种特殊的非对称加热矩形通道临界热流密度实验研究

介绍在高温、高压热工实验装置上进行的垂直上升流条件下一种特殊的非对称加热—单侧加热窄缝矩形通道临界热流密度(CHF)实验研究。实验研究了质量流速、临界含汽量等参数对单侧加热矩形通道CHF的影响规律。研究结果表明,在实验参数范围内,单侧加热与双侧加热的CHF值相差不大,且两者的变化规律基本一致:即在其他热工参数保持不变的情况下,单侧加热CHF随临界含汽量的增加而减小,随入口过冷度的增加而增大;在较低含汽量范围内,单侧加热CHF随质量流速的增加而增大;在较高含汽量范围内则趋势相反。本文提出的单侧加热矩形通道CHF计算关系式在参数范围内计算精度良好。     

不对称加热矩形窄缝通道临界热流密度研究

以氟利昂12为冷却介质,对4种加热比条件下的矩形窄缝通道双面不对称加热工况下的临界热流密度(CHF)进行实验分析,获得各种工况下CHF与冷却剂质量流速、入口过冷度、出口含汽率的关系。实验结果表明:低含汽率下,CHF随加热比的增加而增加,随着含汽率的增加,不同加热比的实验通道内CHF差异减小;高含汽率下,CHF随加热比变化趋势与低含汽率的相反。     

矩形通道临界热流密度计算模型的实验评价

自然循环条件下,矩形通道内的临界热流密度(CHF)发生受到很多因素影响,目前对其特征的把握尚不完善。将本研究中得到的实验结果与Katto的强迫循环和Zhang的自然循环两种CHF模型的计算值进行比较,分析两种模型在实验条件下的适用性以及入口流速、出口质量含汽率和压力对CHF的影响。研究表明:Katto模型的计算结果普遍高于实验值,而Zhang模型的计算结果与实验值符合较好。随着入口流速的增大,自然循环和强迫循环CHF均逐渐增大;随着出口质量含汽率的增大,两类循环的CHF均减小;随着压力的增大,两类循环的CHF都增大,而在较大压力条件下自然循环CHF的增长速率随系统压力的增大而减小。     

矩形通道临界热流密度计算模型的实验评价

自然循环条件下,矩形通道内的临界热流密度(CHF)发生受到很多因素影响,目前对其特征的把握尚不完善。将本研究中得到的实验结果与Katto的强迫循环和Zhang的自然循环两种CHF模型的计算值进行比较,分析两种模型在实验条件下的适用性以及入口流速、出口质量含汽率和压力对CHF的影响。研究表明:Katto模型的计算结果普遍高于实验值,而Zhang模型的计算结果与实验值符合较好。随着入口流速的增大,自然循环和强迫循环CHF均逐渐增大;随着出口质量含汽率的增大,两类循环的CHF均减小;随着压力的增大,两类循环的CHF都增大,而在较大压力条件下自然循环CHF的增长速率随系统压力的增大而减小。     

竖直圆管内欠热和含汽流动沸腾临界热流密度实验研究

正在直径为8.2mm、加热长度为2.4m的均匀加热圆管上对欠热和含汽强迫流动沸腾工况下的临界热流密度(CHF)进行了实验,覆盖的参数范围为:压力为3～21MPa,质量流速为963～3 883kg/(m~2·s),出口含汽率为-0.87～0.78。系统参数研究表明:CHF随进口欠热度和质量流速的增加而呈线性增加,随进口含汽率的增加而迅速减小。在次临界压力区域,CHF随压力的增加而减小,欠热度对CHF的影响减弱。不同含汽量的工况下,CHF     

矩形通道干涸点传热特性试验研究

在中国核动力研究设计院流动传热基础试验平台上进行了矩形通道干涸点传热试验。通过对各种热工水力参数的试验研究,得出结论:(1)随着进口含汽率的增加,干涸点热流密度减小,含汽率增加,壁面温度降低,传热系数减小;(2)随着质量流速的增大,干涸点热流密度增大,含汽率减小,壁面温度升高,传热系数增大;(3)随着系统压力的升高,干涸点热流密度增大,含汽率增加,壁面温度升高,传热系数增大。由试验数据与现有经验关系式的比较,发现这些关系式适合中高压、中低质量流速工况,而对低压、高质量流速工况存在较大的偏差。在古塔杰拉奇关系式的基础上,引入矩形通道尺寸和进口焓等影响传热的因素,得出了适用于矩形通道的干涸关系式。关系式与试验数据吻合良好。     

高流速下窄矩形通道内临界热流密度试验研究

在常压下,对具有窄间隙的矩形通道进行了下降流大流速临界热流密度试验研究。研究发现：大流速下临界热流密度随着流速的增加而呈线性增加,随出口含汽量的增加而减小Sudo公式的预测值较试验值要小在人口参数相同时。即相同的人口过冷度和质量流速式矩形通道的长度对临界热流密度的影响较小;如果从出口质量流速和出口含汽量来看,在相同的出口参数下,长度的增加将显著降低临界热流密度。     

窄间隙矩形通道间隙厚度对传热强化影响研究

根据窄间隙矩形通道的流道结构特点，参考圆管环状流临界热流密度（CHF）预测解析模型，得到了可以预测间隙厚度不小于0．5mm的窄间隙矩形通道内发生沸腾两相流环状流时的CHF解析模型。计算表明，当窄间隙矩形通道的进口截面宽度与间隙厚度比为25～85时，通道内的CHF值强化比较明显。根据汽-液两相介质的特点，推导出了在沸腾两相流系统中发生CHF时的传热强化判定准则。分析计算表明，这个判定准则是合理的，传热强化较好的进口截面宽度与间隙厚度比为45～75。综合两者的计算结果，窄间隙矩形通道内传热强化的参考进口截面宽度与间隙厚度比为45～75。     

近临界压力区垂直内螺纹管临界热流密度实验研究

在近临界压力区,对垂直上升内螺纹管流动沸腾的偏离泡核沸腾(DNB)型临界热流密度(CHF)现象进行了实验研究。试验段采用ф35 mm×5.67 mm六头内螺纹管。实验参数范围为:压力18~21 MPa,质量流速500~1 000kg/(m~2·s),进口过冷度3~5℃,内壁热负荷40~960kW/m~2。实验得到了不同工况下的内壁温度和传热系数分布特性,分析了流动参数对内螺纹管中DNB型CHF的影响,并根据实验数据拟合出两相区的传热关联式与临界热流密度(qCHF)预测关联式。内螺纹管的qCHF实验数据被用于与光管的qCHF预测值进行对比,发现内螺纹管具有一定的CHF强化作用,但当压力越靠近临界压力时这种作用会被抑制甚至消失。实验结果表明:在近临界压力下,内螺纹管会在低干度区甚至过冷区发生DNB现象,压力的增大和质量流速的减小均会使DNB提前发生。qCHF随压力的减小和质量流速的增大而增大。在特定工况下,试验段不同截面会分别发生偏离泡核沸腾与蒸干。     

棒束临界热流密度流体模化研究

在空泡物理和自然循环重点实验室氟里昂热工实验装置上进行了CHF实验 ,实验段为9 5×1 0mm元件管组成的 4× 4棒束 ,并对其开展了 4× 4棒束CHF流体模化研究。在压力 1 5 9～ 2 73MPa、质量流速 4 88～ 2 0 80kg (m2 ·s)、临界含汽率 -0 2 0～ 0 3 0的工况范围内 ,采集了 1 70个 4× 4棒束CHF实验数据 ,并与压力 9 9～ 1 6 2MPa、质量流速 2 74～ 1 4 73kg (m2 ·s)、临界含汽率 -0 2 0～0 3 4工况范围内 ,以水为工质相同棒束实验段内的 2 0 6个棒束CHF实验数据进行比较 ,发现Ahmad补偿失真模型、张振杰模型和Stevens Kirby模型在上述工况范围内不再适用于棒束CHF的模化 ,这些模型的预测偏差均大于 2 0 %以上 ,而且棒束CHF模化的流量模化因子k明显地受压力、质量流量和入口含汽率的影响。据此提出适用于上述工况范围内 4× 4棒束CHF模化的流量模化因子k的关系式 ,其CHF预测偏差在± 1 5 %以内 ,均方根误差为 7 0 5 %。     

One-dimensional critical heat flux concerning surface orientation and gap size effects

Tests were conducted to examine the critical heat flux (CHF) on a one-dimensional downward heating rectangular channel having a narrow gap by changing the orientation of the copper test heater assembly in a pool of saturated water under atmospheric pressure. The test parameters include both the gap sizes of 1, 2, 5 and 10 mm, and the surface orientation angles from the downward-facing position (180°) to the vertical position (90°), respectively. Also, the CHF experiments were performed for pool boiling with varying heater surface orientations in the unconfined space at atmospheric pressure using the rectangular test section. It was observed that the CHF generally decreases as the surface inclination angle increases and as the gap size decreases. In consistency with several studies reported in the literature, it was found that there exists a transition angle at which the CHF changes with a rapid slope. An engineering correlation is developed for the CHF during natural convective boiling in the inclined, confined rectangular channels with the aid of dimensional analysis. This correlation agrees with the experimental data of this study within ±20%.     

Analytical model for CHF in narrow gaps with surface orientation effects

The CHF in rectangular narrow gaps has been investigated to develop a reasonable predictive model for CHF, accounting for the surface orientation effects. The model was based on Wallis formulation of the counter current flow limitation (CCFL) for flooding of the flow entrance gap. The results by the predictive model were compared with the experimental data by Kim and Suh (2003), and a good agreement was obtained for gap sizes of 1 mm and 2 mm with surface inclination angles ranging from 15° to 90°. However, when the surface inclination angle was less than 15° (nearly downward-facing position), the predictive model underestimated the CHF. A modified Katto–Kosho correlation based on Kutateladze approach was further proposed and it could predict the CHF well for inclination angles less than 15°, due to the surface tension effects. For the gap sizes of 5 mm and 10 mm, the predictive results were far larger than experimental data by Kim and Suh. And the large differences between the predictive results and experimental data were attributed to the fact that the mechanism of CHF in large gap is quite different from a narrow gap. It indicated that the validity of the model based on CCFL was limited to gaps of less than 5 mm. The present work is instructive for the safety analysis of the lower head of PWR in case of core meltdown during severe accident.     

倾角变化的窄缝通道内CHF理论模型

对倾角变化的矩形窄缝通道的临界热流密度(CHF)进行分析,基于逆向对流限制(CCFL)机理建立相应的理论分析模型,并将该理论模型的预测结果与已有的实验结果进行对比。结果表明:当矩形窄缝通道尺寸为1 mm和2 mm,且倾角在范围在15°~90°时,预测结果与实验值符合得比较好;在倾角小于15°时,理论模型对CHF的预测明显小于实验值;修正的Katto-Kosho关系式可以比较准确地预测倾角小于15°时的CHF值;当通道尺寸为5 mm和10 mm时,预测值比实验值大,这表明基于CCFL机理的CHF预测理论模型仅适用于通道尺寸小于等于2 mm的窄缝通道。     

Critical heat flux at high velocity channel flow with high subcooling

A quantitative analysis of critical heat flux (CHF) in heated channels under high mass flux with high subcooling was successfully carried out by applying a new flow model to the existing CHF model of a macro-water-sublayer on the heated wall and steam blankets over it. The CHF correlation proposed could correctly predict the existing experimental data for circular tubes of 0.33–4 mm in diameter with mass flux of 124–90 000 kg (m² s)⁻¹ and inlet water subcooling of 35–210 K at 0.1–7.1 MPa, resulting in CHF of 4.2–224 MW m⁻², and for rectangular channels of 3–20 mm gap with a mass flux of 940–27 000 kg (m² s)⁻¹ and inlet water subcooling of 13–166 K at 0.1–3.0 MPa, resulting in CHF of 2.0–62 MW m⁻². An error of the CHF correlation has also been estimated.     

矩形通道几何尺寸偏差对热工水力特性的影响

与圆管和棒束几何通道相比,板型元件窄边的几何尺寸偏差对流道流通截面积影响较大。本文以某一尺寸为例,定量评估了矩形通道窄尺寸偏差对热工水力特性（流动压降和ＣＨＦ）的影响。通道尺寸对压降的影响主要表现在当造成热通道含汽后,即使含汽量只有１％,从单相压降向两相压降变化造成的流量偏离仍可达１１％。在单相区,窄边偏差０．１ｍｍ对流量的影响一般不超过４．０％。对ＣＨＦ的影响则与所使用的公式有关,对于本文所选Ｃ     

小流速工况下窄间隙矩形通道临界热流密度研究

板型燃料堆芯常压池式反应堆在事故下的自然循环工况是由零流速逐步建立起来的．这一过程必须工作在临界热流密度(CHF)限值之下。对此进行了上升流小流速窄间隙矩形通道内的CHF试验研究,并与Sudo公式的预测值进行了对比。结果表明,低流速下的CHF随着质量流速的增加而增加．虽然大部分试验数据低于Sudo预测值,但仍然在Sudo公式-33％偏差范围内。     

均匀加热竖直管内强迫对流临界热流密度的实验研究

利用氟里昂－１２作为工作流体，对于均匀加热竖直管内强迫对流的临界热流密度（ＣＨＦ）进行了实验研究。在比较广泛的参数范围内对质量流速Ｇ，压力Ｐ和热平衡干度Ｘ对ＣＨＦ的影响进行了探讨。结果表明，干度和质量流速对ＣＨＦ的影响规律与其他作者获得的结果相类似。但压力对ＣＨＦ的影响规律比较复杂。压力的影响与质量流速、干度密切相关。即在不同的质量流速和不同的干度下，压力影响规律不同。当质量流速较高时，在低干度区ＣＨＦ随压力的升高而降低，干度较高时，ＣＨＦ随压力升高而增大。     

矩形通道高宽比对两相流动阻力和流型关系的影响

在可视化观察的基础上,实验研究了矩形通道高宽比对两相流动阻力和流型关系的影响。实验选择了3种通道尺寸的实验段,截面宽度相同,全部为43 mm,高度分别为1.41、3和10 mm,根据受限因子C_o,前两个实验段属于窄通道,第3个属于常规通道。实验结果表明：高宽比不同时,随着气相流速的增加,通道内两相流动压降呈不同的变化趋势。对于10 mm通道,低气相流量时重位压降占主要成分,而对于1.41 mm和3 mm通道,摩擦压降占主要成分;随着气相流量的增大,总压降中摩擦压降的比例也增大;对于10 mm矩形通道,可利用压降变化规律确定搅混流的发生范围。