基于漂移流模型的矩形通道内泡状流-弹状流转变准则

以空气和水为工质,对竖直向上矩形通道(40 mm×1.41 mm,40 mm×10 mm)两相流流型特性进行了可视化研究。气液相表观速度分别为0.01~0.59 m/s和0.02~3.72 m/s。基于3个经典的泡状流向弹状流转变准则,考虑矩形通道的尺寸效应,导出了泡状流向弹状流转变时的临界空泡份额为0.23。以窄边宽度2.5 mm为界,将矩形通道分为小通道和常规通道两类,对泡状流向弹状流转变准则进行修正,修正准则能很好地预测实验值。为进一步验证修正准则的准确性和适用性,将修正准则与Mishima、Wilmarth和Sadatomi等的实验数据进行了对比,结果显示修正准则同样具有较好的预测效果。     

窄矩形通道内搅混流和环状流相界面参数的计算方法

空泡份额和界面浓度是两相流动中重要的相界面参数,准确获取窄矩形通道内搅混流和环状流工况下空泡份额和界面浓度是构建和完善两流体模型的关键。本文针对横截面为65 mm×2 mm的矩形通道开展了气液两相流动特性可视化实验研究,气相折算速度j_g＝1～9 m/s,液相折算速度j_f＝0.1～1.5 m/s,流型包含搅混流和环状流。提出了基于高速摄像法获取搅混流和环状流下空泡份额和界面浓度的分析计算方法,利用该方法所得空泡份额与窄矩形通道内经验关系式计算值的相对偏差约在10%以内。此计算方法可为研究复杂流型下窄矩形通道内的相界面参数提供理论依据。     

摇摆状态下矩形通道内弹状流压力模型

本文通过可视化方法对竖直与倾斜条件下矩形通道内弹状流单元的参数进行研究,尝试给出摇摆状态下矩形通道内弹状流压力模型。通过图像处理给出气弹段空泡份额以及两相速度的计算关系式,并验证漂移流模型在液弹段的适用性,给出弹状流单元的长度份额以及空泡份额的计算关系式。根据实验结果给出摇摆条件下矩形通道内弹状流压力组分的模型,并重点分析摩擦压降模型的适用程度。结果表明,弹状流压力模型可很好地预测摇摆条件下矩形通道内的压力。     

竖直管道中弹状流空泡份额测量

采用双头局部电容探针测量空气-水两相流中弹状流的空泡份额和气泡速率。通过理论推导得出该新型探针的工作原理,然后利用该探针测量弹状流中的两相信号。理论分析和实验验证表明,局部电容探针抗干扰性好、输出信号稳定,探针测得的动态信号与弹状流实际运动过程完全一致;所测得弹状流空泡份额α=37.5%,弹状流气泡速率v=0.545 m/s。     

矩形窄缝通道内水沸腾流型理论研究

对矩形窄缝通道(1×20mm,2×20mm)中水沸腾的汽液两相流动流型转化准则进行了研究。根据实验结果,水平矩形窄缝加热通道中流型可以分为泡状流、间歇弹状流、搅拌流、环状流和汽液分离流。运用分相流模型对矩形窄缝通道中水沸腾的汽液两相流动流型进行了理论分析,得出了相应的流型转换准则,并与实验数据进行了初步比较,符合较好。     

棒束通道内气液两相流流型的实验研究

常温、常压条件下,在7×7矩形截面棒束通道内进行了垂直向上气液两相流动实验,气液两相折算速度的变化范围分别为0.04~14 m/s和0.238~1.860 m/s。实验中用高速摄像仪对流型进行记录,观察到了泡状流、泡状-搅混流、搅混流和搅混-环状流4种流型,发现搅混流是主要流型,并对Hewitt流型图的界限进行了修正。分析实验数据发现,摩擦压降在泡状流和搅混流区域的变化是相反的。根据实验数据,参考前人的研究得到棒束通道中泡状流向搅混流转变的边界。     

不同窄缝宽度下窄矩形通道中沸腾临界可视化流型及触发机理

窄矩形通道因具有结构紧凑等优点而被广泛应用于各个领域。为完善窄矩形通道中临界热流密度（Critical Heat Flux,CHF）的预测方法,提高反应堆安全性和经济性,本文进行了不同窄缝宽度下窄矩形通道内CHF可视化试验来探索CHF触发机理。实验同步采集不同窄缝宽度下可视化结果和热工水力数据,结果发现：当窄缝宽度分别为5 mm、3 mm、2 mm和1 mm时,在发生CHF时,通道内流型分别对应泡状流、弹状流、搅混流和环状流。在发生CHF前,在泡状流、弹状流和搅混流都存在温度波动。在环状流中CHF涉及到区域由初始的干斑逐渐扩展;在搅混流时CHF涉及到的区域较小;而弹状流涉及到的区域最广;在泡状流中加热壁面温度波动频率最高。当系统压力在1～4 MPa范围内、在窄缝宽度为1 mm时,系统压力与CHF之间存在非线性关系,而在其余通道中随着系统压力增加CHF增加。因此,窄缝宽度对窄矩形通道中CHF有非常重要的影响。本文分析结果可为CHF机理模型的建立提供思路。     

三面加热窄矩形通道内弹状流截面含气率的实验研究

本文以去离子水为实验介质，对截面为3 mm×43 mm的三面加热窄矩形通道内充分发展的弹状流进行实验研究。借助高速摄影仪对弹状流进行可视化实验观察，观察到弹状流的4种演变行为：弹状流充分发展、夹心型弹状流的形成、小汽弹合并成大汽弹、大汽弹合并成加长型弹状流。分析了部分热工参数对弹状流截面含气率的影响，通过引入雷诺数，对三面加热窄矩形通道内弹状流的实验数据进行非线性回归分析，得到适用于三面加热窄矩形通道内弹状流截面含气率的计算关系式。结果表明，新拟合得到的关系式能较准确地预测三面加热窄矩形通道内弹状流的截面含气率，其预测值相对误差为12.36%。     

基于WMS的无旋和螺旋气液两相流流型及空泡份额实验研究

为探究气液两相流流型从无旋状态转变为螺旋状态前后的流型特征及空泡份额时空分布特性,基于高速摄影仪和自主开发的丝网传感器（WMS）测量技术,对内径为30 mm的水平管内起旋装置作用下空气-水两相流的相态时空演变特性进行了可视化实验研究。结果表明,在起旋器诱导的离心力作用下,流场内存在明显的气泡聚并行为和液滴沉积现象,其中,泡状流将转变为螺旋气柱流,塞状流转变为螺旋间歇流,弹状流转变为螺旋环状流,环状流转变为螺旋丝带流;相比于弹状流和环状流,泡状流和塞状流的截面平均空泡份额在起旋器出口波动幅值明显减弱,但离心力场并未明显改变各流型从无旋状态转变为螺旋状态前后的截面平均空泡份额。      

摇摆对气-液两相流流型及空泡份额的影响

对摇摆状态下竖直上升管内气-液两相流的流型及空泡份额变化进行了实验和理论研究.研究发现,摇摆使两相流的流型发生改变,使泡状流提前转变为弹状流,使搅混流的区域加宽.实验还发现,在弹状流型区摇摆状态下两相流的空泡份额小于非摇摆状态下的空泡份额.通过对两相流滑速比的分析并应用分相流的动量方程,合理解释了产生这种结果的原因.     

可逆流体换向装置内部流场的数值模拟

以N-S方程和RNGk-ε紊流模型为基础,针对压冲时的可逆流体换向装置,模拟考察了入流速度、面积比、出流结构形式、引流间隙长度对内部流场的影响,并以引流率为标准将模拟结果与试验结果进行了对比。研究结果表明:根据计算流体力学(CFD)方法所得的模拟结果与试验结果之间的误差较小;面积比为1.5、出流结构采用扩散管形式、引流间隙为7 mm和10 mm时,引流效果较好。     

Two-Phase Flow Instability at Low Flow Rate Conditions

Instability of two-phase flow at low flow rate conditions is investigated analytically and experimentally. By applying the drift flux model, a linear analysis is conducted to study the effect of slip which is considered to play an important role at low flow rate conditions. Results obtained are compared with those of other analytical works and the reason for apparent variations is discussed. Some notes are also given on the lumped parameters which govern instability characteristics, and on the often-observed relation between the period of oscillation and the transit time.

Experiments are conducted using R-113 at the test fluid. The results are analyzed in terms of the stability boundary and the period of oscillation. In the analysis it must be assumed that the flow is laminar. It is found that the instability observed experimentally is typical in the gravity term of the heated section is the dominant destabilizing term in the momentum equation.     

Flow Regime Transition to Wavy Dispersed Flow for High-Pressure Steam/Water Two-Phase Flow in Horizontal Pipe

A wavy-dispersed flow regime was observed between slug and annular-dispersed flow regimes in TPTF high-pressure steam/water horizontal pipe experiments, employing the video probe visual observation. The onset OF entrainment was identified to cause slug to wavy-dispersed flow transition. The wavy-dispersed flow regime extended towards lower gas flow rates as pressure was increased. Furthermore, it was found that the gas-liquid relative velocity for the onset of entrainment decreases significantly, resulting in decrease in the minimum void fraction. Consequently, the slug flow regime was found to disappear for pressures above 8.6MPa, as observed in the previous TPTF experiments. Applicability of available models and correlations on the onset of entrainment was assessed against the TPTF data. Steen-Wallis parameter correlated the data well when the superficial gas velocity term in this parameter 1s replaced by the gas-liquid relative velocity.     

稠密栅元内湍流流体的流动传热

本文对稠密栅元内的湍流流动和传热特性进行了分析。首先利用实验数据对计算结果进行了验证,然后分析了Re和P/D等参数对稠密栅元内的摩擦阻力系数和传热系数的影响。Re和P/D均会对稠密栅元内的流动传热特性产生显著影响,但传统的理论模型无法描述P/D对栅元内的摩擦阻力系数和传热系数的影响。P/D=1.03是一临界点,这种条件下的稠密栅元内的流动和传热是最安全的,也是最高效的。此时核反应堆的功率和系统的传热能力可同时达到最大。     

空气-水在垂直非圆截面通道内流型研究

采用可视化方法研究了水力直径分别为15mm和10mm的两种正方形截面、14.43mm的三角形截面以及14mm的圆形截面通道内空气-水垂直上升流动,表观气速0.04～80m/s,表观水速0.001～6m/s.观察到了泡状流、弹状流、块状流、环状流和弥散泡状流等常见流型.此外,在表观气速很大而表观水速很小时,在非圆截面通道内发现了爬动流,证实了非圆截面直通道内存在"二次流"现象,且对气-液两相流动的相分布有较大影响,证明截面形状对两相流流型及其转变具有重要影响.由实验得到了流型转变界限,并首次获得了包括爬动流的两相流流型图.比较本文的实验结果及与前人的研究结果对比发现,水力直径的大小对两相流流型的转变具有一定影响.     

流体诱发传热管振动的流场特性分析

基于双向流-固耦合方法,建立横向流体作用下传热管流致振动计算的三维仿真模型;基于该模型,研究传热管流致振动时的流场特性。结果表明,当折减速度Ur≤2时,升力系数随Ur的增加而增加,阻力系数随Ur的增加先减小再增大;当2相似文献   

竖直和倾斜条件下气-液两相流型转变研究

以去离子水和空气为两相介质,研究了竖直和倾斜条件下气-液两相流型,发现通道内存在弥散泡状流、泡状流、弹状流、搅拌流和环状流5种流型。通过对流型间转变特性的机理分析,构建了竖直和倾斜条件下各流型的转变准则,与实验数据进行了对比,符合很好。     

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。     

Flow Behavior and Phase Distribution in Two-Phase Flow around Inverted U-Bend

Experimental results are presented on the flow behavior, phase distribution, average void fraction and slip ratio in air-water two-phase mixture flowing through an inverted U-bend. The curved test section of transparent acrylic resin tubing with 24 mm I. D. was used, comprising a riser, an inverted U-bend with radius of 96 mm, and a downcomer. From the visual observation, a flow map was derived, which indicates the relation between the flow patterns and velocities. Distributions of local void fraction along a diameter lying in the central plane of the bend and over the whole cross section of bend tube were measured, and those distribution mechanisms were explained by the effect of centrifugal and gravitational forces. The average void fraction around the bend was obtained by numerical integration of the measured local void fraction, and the slip ratio was calculated using the average void fraction.     

低流量下蒸汽发生器一次侧流量分配研究

采用CFD方法对低流量下倒U型管式蒸汽发生器一次侧内的流动特性进行了分析研究.结果表明,在自然循环模拟试验装置的U型管结构参数条件下,倒流只发生在内层的短管内.低流量时,随单管平均流量的增大,倒流管内的流量相对减小,倒流管数量相对减少,最终倒流消失;随二次侧温度升高,倒流管内的流量也相对减小,倒流管数量相对减少.