传热管在内外流体及间隙作用下的非线性振动特性

考虑轴向伸长引起的几何非线性和间隙支撑非线性,利用尾流振子模型模拟了流体力的变化及传热管振动的耦合,基于力平衡法建立了传热管在内外流体和间隙支撑作用下的非线性运动方程,采用4阶Runge-Kutta算法计算了耦合系统的动力学响应,研究了传热管在内外流体和间隙支撑作用下的非线性响应特性,得到了不同内流速度下以外流速度为分叉参数的分叉图。结果表明,内流速度对有支撑间隙的传热管耦合系统的动力学特性有重要影响。     

传热管流体诱导振动特性的数值研究

本文利用有限体积法离散非稳态湍流黏性、不可压缩的N-S方程及LES湍流模型,用有限元方法离散传热管结构,结合动网格控制技术,实现了流体 结构两个物理场之间的交互作用。基于数值模型,通过响应分支、相位角、Lissajou图、运动轨迹、相图以及Poincare截面映射,分析了传热管在不同响应阶段的运动行为和响应特性,以及升力系数与横向位移的极限环与分叉等非线性特性。研究结果表明：传热管的流体诱导振动系统存在一个拟上端分支;在均匀湍流流动作用下,三维弹性管的升力与横向位移并未出现周期解的分叉。     

外来物对蒸汽发生器传热管微动磨损的分析研究

以蒸汽发生器传热管固定不动为前提,研究管板表面外来物由于流体绕流引起的振动或运动造成的传热管微动磨损.分析过程中选取一种典型的外来物形状和位置作为分析对象,以Archard计算模型为基础,借助瞬态动力学分析方法,对外来物造成传热管的微动磨损进行了分析研究.结果表明,质量不大且一端固定的外来物在周期性的脉动载荷下对传热管...     

蒸汽发生器传热管面内流体弹性失稳分析

流体弹性失稳是蒸汽发生器内最严重的传热管流致振动机理,一旦发生就会使传热管发生大幅振动并快速失效。流体弹性失稳可能在U形传热管束的面内及面外两个方向发生,为研究面内及面外流体弹性失稳发生的先后顺序,通过将蒸汽发生器U形传热管防振条支撑假设为单向简支,即仅在传热管面外方向对U形管进行约束,建立了完整的U形管模型;计算了弯曲半径及防振条支撑数量对U形管面内外固有频率的影响,基于成熟的流体弹性失稳经验模型,得到了面内流体弹性失稳先于面外方向发生的条件。结果表明,对弯曲半径在0.5 m-1.75 m范围内的U形传热管,当其弯管段支撑点超过4 h,面内流体弹性失稳将先于面外方向发生。     

自然循环沸水堆的非线性分析

本文使用分叉程序和数值模拟分析了自然循环沸水堆（ＢＷＲ）的动力学模型。两种与ＢＮＷＲ有豢的基本分叉类型（超临界和亚临界Ｈｏｐｆ分叉），在不考虑核反馈的情况下，对自然循环系统首先进行了研究。确定了上升段的节点化近似对系统的稳定性和分叉特性的影响。然后，就核－热工水力耦合时自然循环ＢＷＲ的非线性特性的强烈影响在参数研究中进行了探索。在Ⅱ类（高功率）区中，对小的过冷度和强的核－热工水力耦合情况，超临界分     

基于FLUENT的非能动余热排出热交换器瞬态传热特性及水箱内热工流体行为分析

非能动余热排出系统对于非能动核电厂而言是非常重要的安全系统。本文基于非能动核电厂蒸汽发生器传热管破裂(SGTR)事故的分析结果,应用Fluent程序对事故下非能动余热排出热交换器瞬态特性进行了模拟计算,以了解在此事故中热交换器的传热特性以及水箱内具体的热工流体行为。结果表明,水箱热分层现象是不断从传热管上部水平段的起始处和与竖直段连接的弯头处产生新的高温区,最终到达趋于稳定的热分层状态;水箱内自然循环现象是漩涡在C型管束的内外侧不断产生、发展、变化,最终整个水箱内部的自然循环趋于稳定;传热管热流密度变化趋势是在前期急剧下降,从管束外围向中心,传热管的热流密度在减小,后期是处在中心位置传热管的热流密度要大于外围,最终每根传热管的热流密度趋于平稳。     

不同运行工况下蒸汽发生器热工水力稳态特性数值研究

基于相似模化理论建立了蒸汽发生器一、二回路流体及传热管流 固耦合传热的单元管三维物理模型,对大亚湾核电厂蒸汽发生器不同工况下的热工水力稳态特性进行了数值模拟研究。采用热相变模型描述二回路汽液两相流动与换热、流-固耦合模型描述一回路冷却剂借助U型管与二回路流体换热。数值计算结果表明：满负荷运行时,传热管内壁温度变化趋势与一次侧流体基本一致,外壁温度与二次侧流体温度变化趋势相同;截面平均含汽率沿传热管高度的升高呈上升趋势,出口质量含汽率与大亚湾核电厂实际运行参数相符;随负荷降低一回路出口温度基本不变,二回路出口温度升高,质量含汽率及传热系数下降,平均传热系数与Rohsenow经验关联式的计算结果基本吻合。     

蒸汽发生器传热管束流弹失稳现象中的基础力学问题研究

为探讨管束的流弹失稳机理以及支承方式、内流载荷对流弹失稳的影响机制,本文综合考虑定常流弹力、内流激励和非定常流体力对传热管流致振动的影响,建立了复杂流体激励作用下传热管流致振动的理论模型,通过特征值稳定性理论获得了两相横流作用下的传热管流弹失稳机制,系统地分析了内流激励和非定常流体力对传热管流弹失稳机制的影响。研究表明,支承方式会影响失稳临界流速,但不会影响流弹失稳机制;管内流会使管束各阶模态耦合,高速内流会改变管束的失稳机制;非定常流体力作为一种强迫力在流弹失稳之前,可能引起管束的“拍振”现象,在工程设计时应考虑避免。     

蒸汽发生器管束的固有振动分析

通过对蒸汽发生器管束模型的建立,采用有限元分析方法,研究了支撑板、流量分配板、防振杆、环箍等部件对管束固有振动的影响.同时考虑了传热管内外流体对管束固有频率的影响.计算表明:防振杆与环箍的结构和尺寸对蒸汽发生器管束的固有振动频率有显著影响.     

自然对流条件下PRHEHX传热特性数值研究

采用计算流体动力学(CFD)方法对AP1000非能动余热排出热交换器(PRHEHX)进行数值模拟,研究其流动与传热特性。对C型传热管束区采用多孔介质模型处理,同时考虑传热管内一次侧流体到管外二次侧流体耦合换热。通过计算获得不同时刻安全壳内置换料水箱(IRWST)内的温度场和流场分布以及传热管内流体温度沿流动距离的变化特性等参数。     

Crossflow-induced vibrations of heat exchanger tube banks

This paper presents a mathematical model for crossflow-induced vibration of tube banks. Motion-dependent fluid forces and various types of flow noises are incorporated in the model. An analytical solution for the fluid inertia force, hydrodynamic damping force, and fluid elastic force is given for tube banks arranged in an arbitrary pattern. Based on the model, a better understanding of the vibrations of heat exchanger tube banks subjected to various flow excitations can be developed.     

Heat Transfer in a Fluid with Internal Heat Generation Flowing through a Vertical Tube

This paper deals with heat transfer in a fluid, with uniformly distributed internal heat source, flowing upwards through a vertical tube. Measurements were made of the temperature distribution in both laminar and turbulent flow, and both with and without heat transfer at wall. Heat generation within the fluid was brought about by passing an electrical current through the working fluid, which was an aqueous solution of sodium chloride. The experimental results were compared with analytical calculations.

Free convection, which occurs and is superimposed on the movement by forced convection, flattens the fluid temperature distribution in laminar flow through thermally insulated vertical tube. In turbulent flow with heat transfer to wall, the temperature distribution near the wall is affected considerably by the outgoing heat flux.     

An investigation of peripheral gap and open lane effects on flow-induced vibrations of tube bundles

Experiments were conducted in a wind tunnel to study open lane and peripheral gap effects in heat exchanger tube bundles subjected to cross flow. A rotated triangular array of tubes was tested to obtain critical velocities for uniform flow instability. By removing different rows of tubes, critical velocities for nonuniform flow caused by open lanes and peripheral gaps were recorded. Also, theoretical correction factors due to open lanes and peripheral gaps were developed to predict the critical velocities for nonuniform flow. The correction factor can be multiplied by the critical velocity predictions from existing models for uniform cross-flow. Correlations of the analytical model with experimental data are good.     

双弹性管流固耦合振动的数值模拟

为研究反应堆结构中诸如燃料棒、蒸汽发生器和其他换热器等管束类结构的流固耦合振动问题,利用有限体积法离散大涡模拟的流体控制方程及有限元方法离散结构动力学方程,结合动网格技术,建立了三维流体诱发弹性管束振动的数值模型,实现了计算结构动力学与计算流体力学之间的双向耦合。得到横流作用下单管的振动响应,并与已有的实验数据比较,证明了本文模型的合理性;对横流作用下的两串列管、两并列管的流固耦合振动进行了数值模拟,着重研究了节径比为1.2、1.6、2、3、4的两弹性管在不同流速作用下的动力学响应及流场特性;得到串列管、并列管的临界间距与临界流速。     

Liquid solidification in laminar tube flow with internal heat sources

The effect of liquid solidification (freezing) on the heat transfer characteristics for laminar flow of a heat-generating fluid in a cooled circular tube is investigated analytically. Steady-state conditions and a uniform wall temperature, which is lower than the liquid freezing temperature, are assumed. The radius of the liquid-solid interface and local Nusselt number are determined as a function of position along the tube for several different values of the wall temperature and internal heat-generating rate. The thickness of the solid-phase shell increases with distance down the tube and approaches to its fully developed value depending upon a single dimensionless freezing parameter which measures the relative rate of external cooling and internal heating. The local Nusselt number, however, first decreases rapidly, attains a minimum and then increases toward its fully developed value, which is identical with 6.     

非稳态流体力作用下两相流管束流弹失稳研究

流弹失稳会引起传热管振幅过大而发生磨损破坏，是两相流作用下蒸汽发生器管束流致振动的重要机理。为了较为准确地预测两相流作用下圆柱管的失稳临界流速，对试验测量的两相流非稳态流体力进行参数拟合，建立了气-水两相流作用下单管的动力学模型。通过无量纲化，运用Galerkin方法对方程变量进行离散后，联立求解方程得到了不同空泡份额的临界流速。数值结果表明，数值解与试验测得失稳临界流速较为吻合，验证了该模型可用于两相流传热管临界流速的预测。      

两相横流作用下的旋转三角形管束流弹失稳研究

为了较为准确的预测两相流作用下圆柱管的失稳临界流速，采用试验测量的两相流准稳态流体力系数，对单向流的准稳态模型进行扩展，建立了气-水两相流作用下的旋转三角形管束中间悬臂自由管的动力学模型，运用Galerkin方法对方程变量进行离散后，求解特征方程得到了不同空泡份额的临界流速，并运用龙格-库塔法求解动力学方程得到位移时程响应。数值结果表明，临界流速随着空泡份额的增大而增大，且所建模型计算结果与试验测量值较为吻合。因此，本研究所建模型可用于两相横流作用下的旋转三角形管束流弹失稳临界流速预测。      

基于遗传算法的闭式非能动安全壳热量导出系统排热能力优化

以闭式非能动安全壳热量导出系统（PCCS）概念方案为研究对象，基于一维两相均相流模型建立了评价该系统排热能力的物理模型，并开发了相应的计算程序；开发了基于遗传算法的优化设计程序；利用所开发的优化设计程序，对闭式PCCS概念方案的排热能力进行优化，给出了系统几何参数和运行参数的优化方向。结果表明：在所研究参数范围内，适当增加内部和外部换热器传热管径可增加系统排热能力；最佳外/内部换热器传热管数比为1.58。