自然循环流动不稳定条件下的传热特性实验研究

为探究流动不稳定性机理，在低压自然循环系统中开展了一系列相关实验，分析了不同流量振荡模式下自然循环的沸腾传热机制及局部传热特性。实验表明：中、低热流密度下出现的较规则的周期性振荡由加热段内流动沸腾诱发，壁面过热度不会随流量振荡而大幅度变化；高热流密度下自然循环系统出现的周期性不规则振荡现象中，流动沸腾类型间的相互转变不是流量波动的唯一原因。大幅度的流量脉动可能在高热流密度下导致沸腾临界的发生，出口壁面出现间歇性干涸，局部传热系数下降的同时伴随壁温的短暂飞跃。随着热流密度的提高，自然循环系统可能出现持续性干涸。     

液钠沸腾两相流流型与临界热流密度(CHF)机理实验研究

通过大量的液态金属钠临界热流密度 (CHF)的实验研究 ,结合液钠两相传热流动特性及液钠的物性特点 ,分析了起始沸腾流型 ,泡状流 ,块状流 ,环状流和双向环状流的热工水力特性 ;并从实验结果出发 ,深入分析了液钠发生临界热流密度时的气泡爆炸和液膜撕裂或局部蒸干的两种传热恶化机理     

水平圆管临界热流密度实验研究

对水平圆管内低质量流速临界热流密度(CHF)进行了实验研究和分析。实验研究发现,水平流动圆管沸腾临界发生在圆管加热壁面顶部。通过对沸腾临界发生时圆管出口的质量含汽率和流型进行分析发现,本文研究的参数范围内沸腾临界时的出口含汽率高,流型为环状流,沸腾临界类型为干涸型(Dryout)。将经验公式预测值与实验结果进行比较发现,Bowring公式和Lookup table的预测值远大于CHF的实验值。导致此现象出现的主要原因为:Bowring公式和Lookup table是基于竖直流动CHF实验数据开发的模型,水平流动时在重力的作用下环状流液膜呈非均匀分布,顶部液膜干涸提前触发沸腾临界造成CHF值降低。     

窄矩形通道自然循环流动停滞与临界热流密度研究

在华北电力大学自然循环实验室进行了自然循环条件下窄矩形通道内的临界热流密度(CHF)实验,对实验中出现的流动停滞及传热恶化现象进行了观察。提出自然循环饱和沸腾条件下,窄矩形通道内的流动停滞-传热恶化发生机理。即自然循环流量漂移发生后会产生流型变迁不稳定,继而造成流量的持续波动,并导致停滞现象,从而使出口附近的液膜层在一定的热流密度下被完全蒸发并引起CHF现象。而窄矩形通道内,由于受间隙尺寸的限制,蒸汽流对加热面上的液膜层产生挤压作用,加热面上液膜层厚度因此会变得较薄,在较小的加热量下便能发生传热恶化。基于机理分析,给出了相应的计算模型。引入了考虑窄通道间隙尺寸效应的无量纲约束数Nconf和反映自然循环流动特点的特征因子C,分别对模型进行了修正。根据实验结果,对计算模型进行了多元回归拟合,并对其准确性进行了验证。通过对实验结果与模型计算值的比较发现,随着通道入口流速和系统压力的增大,CHF均增大;而随着出口干度的增大,CHF会减小。     

临界热流密度后膜态沸腾传热研究

本文简要地叙述了临界热流密度后流动膜态沸腾的现状后,全面地介绍我们在弥散流和逆环状流膜态沸腾方面的实验和理论研究。集中讨论低压小流量下的膜态沸腾研究,实验范围为:弥散流P=2-7bar,G=25—130kg/m~2s,x_λ=5-85％,q=20—95kW/m~2;逆环状流p=3-7bar,G=45—160kg/m~2·s,Δt_(subλ)=1—20℃q=50—90kW/m~2。简要地讨论了弥散流的理论模型及其与实验比较;逆环状流物理模型以及现有经验式与实验比较。弥散流研究虽然比较深入,但尚缺乏液滴信息,因此待定常数尚较多,这是今后研究的重点。逆环状流实验研究,一般仅提供壁温数据,尚未发现关于汽膜特征方面的信息,而且壁温数据也极为稀少,因而目前的经验式极不完善,更无合适的计算模型。只有在突破了汽膜特征研究方面的困难后,才有可能为逆环状流计算模型提供验证基础。尽管目前国际上膜态沸腾研究十分活跃,但是实验数据库仍然十分贫乏,应当进一步有组织地进行一系列实验研究。     

单棒通道流动振荡诱发沸腾临界可视化实验研究

为深入分析沸腾两相流动振荡诱发沸腾临界的影响特性,本文以去离子水为工质,横截面19 mm×19 mm、中心为外径9.5 mm的单棒通道为研究对象,通过在不同热工参数下开展沸腾两相流动特性可视化实验研究,结合汽泡行为和汽-液界面特性,分析流动振荡诱发沸腾临界的影响特性。研究结果表明,低压力、低质量流速和低入口过冷度下,极易出现流动振荡,并导致沸腾临界提前发生,此时的临界热流密度与稳定工况下相比明显偏低;随着壁面热流密度不断增加,流道中两相流型先后出现泡状流、弹状流、合并弹状流、搅混流、剧烈搅混流、不稳定环状流;当流动出现剧烈振荡时,流道存在回流;发生沸腾临界时流道压降波动最大,对应的流型为不稳定环状流。因此,单棒通道内流动振荡可能会导致沸腾临界提前发生。      

垂直向上圆管环状流临界热流密度研究

预测高含汽量下的临界热流密度对于直流蒸汽发生器和事故工况下反应堆堆芯的安全性具有工程价值.本文基于液滴夹带、沉积和液膜蒸发理论,对垂直向上的均匀加热圆管内环状流的液膜厚度和液膜质量流速沿轴向的变化进行了预测.结果表明,当液膜蒸干时,干涸发生,此时的热流密度即为临界热流密度.将理论计算的临界热流密度值与实测值相比较,实验数据偏高,偏差在30%以内.     

竖直管道内间歇式两相流动沸腾特性分析

自然循环或重力注水过程的热功率、冷却剂流量等操作条件较小,易出现各种流动不稳定现象,影响核反应堆事故的发展进程,间歇式流动沸腾现象就属于其中的一种。以去离子水为工质,采用2×2加热棒束,对内径为32 mm竖直通道内的间歇式流动沸腾现象进行了实验研究,分析了不同热流密度下间歇式流动沸腾不稳定现象的变化规律,讨论了热流密度对间歇式沸腾周期的影响。结果表明,在一定的热流密度条件下,当加热通道内流体达到饱和并过热时,会发生周期性地剧烈喷涌及冷液回流现象,期间伴随泡状流、弹状流、搅混流及环状流等多种流动形态;间歇喷涌周期取决于沸腾停滞时间,随热流密度的不断增大,沸腾停滞时间缩短,间歇喷涌周期也缩短。当热流密度增大到一定程度时,间歇式流动沸腾现象消失,从而转变为另一种两相流动不稳定现象。     

均匀加热窄通道内环状流液膜厚度和换热系数的预测模型

为探究窄矩形通道内环状流的流动传热特性,根据液膜的质量、动量和能量方程以及汽芯的动量方程建立了环状流的预测模型。对该模型进行数值求解,得出了窄矩形通道内环状流区域的沸腾换热系数,并分析了热流密度、质量流速和矩形通道尺寸对液膜厚度的影响。结果表明:该模型能很好地预测沸腾换热系数,其误差在±30%以内,且热流密度和矩形通道的尺寸对液膜厚度的影响效果比较大。     

低压自然循环复合流量脉动实验研究

在低压流动沸腾不稳定性实验中,研究了自然循环流动在不同入口过冷度下的演化过程。对实验中的流动沸腾不稳定性入口流量信号进行快速傅里叶变换,基于振幅和频率特性区分了3种流动脉动模式:小幅流量脉动、复合流量脉动和逆流。分析了加热功率和入口过冷度对自然循环不稳定性的影响。根据加热段出口水温变化得到了出口的流型变化,当流量波动振幅较小时加热段出口流体始终是饱和状态,而当流量波动振幅较大时,加热段出口为单相液体和两相混合物交替通过。给出了这3种流量脉动的边界图,分析了热流密度和入口过冷度对流量脉动模式的影响。结果表明:出口含气率大于0时发生流动不稳定性,热流密度达到间歇干涸型临界热流密度时发生逆流。