棒束通道内定位格架的两相流动局部阻力实验研究

在常温、常压条件下,对竖直3×3棒束通道内定位格架的单相及两相局部阻力特性进行了实验研究。单相流动实验时,水雷诺数的变化范围为290~18 007;两相实验时,气相、液相表观速度变化范围分别为0.013~3.763m/s和0.076~1.792m/s。利用单相实验数据得到的定位格架局部阻力系数计算关系式,用两相实验数据对均相流模型中8种不同的两相等效黏度计算方法进行了评价。Rel9 000时,Dukler模型的预测效果最好;Rel≥9 000时,McAdams计算方法预测效果最好;基于所有数据,Dukler模型的计算值与实验值吻合最好,平均相对误差为29.03%。考虑了质量含气率、两相雷诺数及气液相密度的影响,对Rel9 000时的实验数据进行了拟合,得到的经验关系式的计算值与实验值符合较好。     

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。     

竖直小通道内弹状流气弹长度的计算模型

针对小通道内弹状流建立了气弹长度计算模型,并结合实验研究,对模型进行验证。可视化实验以空气和水为工质,矩形通道截面尺寸为3.25 mm×43 mm,分气、液相Re范围分别为62~360和1255~3707。结果显示,模型的预测值与实验数据具有较好的一致性,平均绝对误差为26.8%。此外,将Mishima和Cheng等的实验数据与计算模型进行对比,实验段包括矩形通道（40 mm×1.07 mm,40 mm×2.45 mm）和圆形通道（D_e=4 mm）,平均绝对误差为34.9%,说明计算模型具有较好的适用性。     

矩形通道内气水两相流摩擦阻力计算模型

常压下以空气和去离子水为工质,对横截面为1.41 mm×40 mm和3 mm×40 mm的竖直矩形通道内两相流动阻力特性进行了实验研究。利用获得的764组实验数据,对11种典型两相流摩擦阻力计算模型进行评价。结果表明：Lee-Lee模型整体预测精度最高,但在分液相雷诺数较小（Re_l<600）和较大（Re_l>8 700）区域,与实验值符合较差;在分液相紊流区(Re_l≥2 000) Chisholm B模型适用性较好,对于两实验段预测值与实验值绝对平均误差分别为6.13%和6.43%,但在分液相层流区(Re_l<2 000)其预测值与实验值偏差较大。根据压降特性提出修正两相动力黏度,并针对分液相层流区提出修正计算关系式,其预测值与实验值符合较好。     

摇摆状态下窄矩形通道内两相流流型特性研究

以空气和水为工质,在40mm×1.6mm的窄矩形通道内对竖直状态和摇摆状态下两相流流型进行了研究。流型由拍摄照片辨别,实验通道内观察到的流型有泡状流、弹状流、搅混流和环状流,绘制出窄矩形通道内的流型图,并与常规尺寸圆管内两相流型进行了对比。摇摆对窄矩形通道内流型的影响与常规尺寸圆管相似,但由于狭小空间的限制及表面张力的作用,摇摆对两相流动并无明显影响。     

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。     

矩形通道内泡状流-弹状流转变判定准则研究

以空气和去离子水为工质,对竖直矩形通道内两相流流型特性进行实验研究;矩形通道的横截面为1.41mm×40 mm和10 mm×40 mm,实验压力为常压,气、液相表观速度分别为0.015⁰.59 m/s和0.0250.59 m/s和0.025³.74 m/s。利用获得的实验数据及文献数据,对4种典型泡状流-弹状流转变判定准则进行评价,结果表明4种准则都存在一定局限性。从实验数据及文献数据可以看出,泡状流-弹状流转变临界空泡份额为通道窄边与宽边比(宽高比s/w)的函数。为此,以当量直径10 mm为界,分别提出临界空泡份额计算关系式,从而得到修正转变判定准则。与本文及文献中实验数据的比较,修正准则较4种典型准则精度和适用性有一定提高。     

窄矩形通道内两相流动压降特性研究

以空气和水为实验工质,分别在40mm×1.6mm和40mm×3mm的矩形通道中对竖直向上气-液两相流动阻力特性进行了实验研究。该研究还对比了现有的两相流动阻力计算关系式,结果表明,对于窄缝为1.6mm的通道,传统的阻力计算关系式均不适用;而窄缝为3mm的通道,除Friedel模型和Tran模型外,其余模型与实验值符合较好。为此结合实验数据,以分液相雷诺数为依据将流动分为层流区、过渡区和湍流区3个区域,分别对Chisholm关系式进行修正,结果表明：C为当量直径的线性函数,当量直径越大,C越小。修正关系式与实验数据的误差较小,能很好地预测本次实验结果。     

竖直窄矩形通道内空气-水两相流中气弹运动速度研究

以空气和水为工质,应用高速摄像仪,对竖直窄矩形通道(3.25 mm×40 mm)内气液两相弹状流进行了可视化实验研究。气、液相表观速度分别为0.1~2.51 m/s和0.16~2.62 m/s,工作压力为常压。实验中发现窄矩形通道内弹状流与圆管中存在较大差别,气弹多发生变形,高液相流速时变形更为严重。窄边液膜含气量较高,在高液相流速时窄边液膜不下落,宽边液膜中含有由气弹头部进入和气弹尾部进入的气泡。气弹速度受气弹头部形状和宽度影响较大,受气弹长度影响较小。气弹速度可由Ishii & Jones-Zuber模型计算,但在低液相折算速度时偏差较大,其主要原因为漂移速度计算值较实验值偏小。     

矩形通道内两相脉动流平均摩擦压降实验研究

通过对截面为40 mm×3 mm窄矩形通道内不同正弦脉动周期、振幅、平均流量工况下氮气 水两相流（平均分液相雷诺数Re_l<10 000,平均分气相雷诺数Re_g<800）进行实验研究,发现两相脉动流与单相水脉动流的规律不同,平均压差对脉动周期、振幅不敏感。应用各经验公式计算的脉动工况下平均摩擦压降的偏差与稳态工况的计算偏差在数值和分布上均无明显差异,且计算值分布在测量值两侧、相对偏差基本小于20%。其中,Mishima-Hibiki方法和Lee-Lee方法的计算结果与测量结果吻合良好,相对偏差在10%以内,说明两相流摩擦压降经验公式同样适用于脉动工况下平均摩擦压降的计算。     

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.     

摇摆状态下水平管内气-水两相流的流型研究

摇摆产生的惯性力以及水平管路发生向上和向下倾斜,会使管道内两相流的流动型式发生变化.本文对直径25mm管内气-水两相流在摇摆周期为15s、摇摆角度为10°状态下的流型进行了实验,研究了气-水两相流在摇摆状态下的流动型式,并给出了流型图.实验结果表明,在一些气-水流量区域,两相流体在一个摇摆周期内存在两种流动型式.     

气-液喷射器内两相流流型分析

对水平安装气-液喷射器内两相流流型进行了分析研究。根据圆管内气-液两相流流型转变的经验准则式，结合气-液喷射器性能方程，得出了气-液喷射器内环状流和雾状流的流型区间。以空气-水喷射器为例，给出了喷嘴出口当地最大马赫数与引射流体入口／出口压比的关系式，证明了当工作气体（空气）在喷嘴中作超临界膨胀时，喷射器内流型至少为环状流。     

压差波动特性识别流型研究

提出了一种基于小波分析的气液两相流流型模糊识别的新方法。该方法以加热段管程压降ΔP的波动信号作为测试信号,进行基于三阶的Daubechies小波二尺度分解,根据所得的二尺度细节系数的均方值确定了流型的识别方法。研究结果表明,这种识别方法能有效地实现气液两相流中泡状流、弹状流的识别。     

直流沸腾系统不稳定性分析

根据直流沸腾系统的特点．采用了以集中参数和可移动边界为特征的简化动态模型．推导出了两相流反馈系统。利用自动控制中的频域理论以及MATLAB软件的不稳定性分析语句和Tool Box中的Simulink工具,对其进行了分析和仿真．并得出了几种主要因素影响下的稳定性边界曲线：     

反应堆核燃料组件定位格架的两相流动压降计算

燃料组件定位格架的两相流动压降计算是反应堆热工水力计算的一个重要内容.本文从两相流动的机理分析入手,根据动量平衡关系推导出了定位格架的两相流压降计算关系式.并用实验数据进行了验证,实验数据与计算公式之间的偏差不超过±30%.     

流道倾斜对环形通道内汽-水两相流压降的影响

以去离子水为工质,在P=1-3 MPa、(G=190～1050 kg/m/(m2·s)、ΔTsub,in=20～70℃、q=304～1873 KW/m2的参数范围内,研究了垂直上升、倾斜向上30°、倾斜向上600°3个不同方向下环形通道内汽-水两相流压降.环形通道当量直径为7mm,加热方式为内管单面加热.通过分析流道倾斜角度和空泡份额对两相流压降的影响,提出了倾斜上升流中两相流压降受流道倾斜影响程度的判据式.在判据式的基础上,进一步提出了倾斜上升流道内两相流压降计算修正关系式.结果表明,用修正后的压降关系式验证本实验倾斜两相流压降,预测结果令人满意.     

回流流动极限实验研究综述

回流冷凝是压水堆发生失水事故（ＬＯＣＡ）时的重要传热方式之一。当堆芯冷却剂严重丧失，自然循环又不能建立起来时，堆芯剩余释热依然能靠回冷凝带山。但在一定条件下会出现回流流动极限ＣＣＦＬ，并因此增加堆芯踝露程度。本文介绍了国外一些研究者在ＣＣＦＬ方面的研究成果，并建议开展ＣＣＦＬ研究。     

流动欠热沸腾空泡份额的研究

影响欠热沸腾传热的主要因素是含汽率和系统压力。系统压力直接影响加热面上汽泡的大小,从而影响壁面向液体的传热量。欠热沸腾区任一点的热平衡含汽率可由通道内的热工参数和流动参数求出,然后据此求出通道中某点的空泡份额。文中给出了计算加热通道内流动欠热沸腾区空泡份额的计算关系式,该关系式在给定的参数范围内与实验结果符合较好。