自然循环窄矩形通道内过冷沸腾两相摩擦阻力特性

采用去离子水作为实验工质，在低压低流速自然循环工况下开展了单面加热可视化窄矩形通道内的过冷沸腾摩擦阻力特性实验研究。实验中测量了实验段内的压降数据，并通过高速摄影仪拍摄了窄矩形通道内的气液两相图像，提出了过冷沸腾条件下的两相摩擦压降的剥离计算方法。基于本实验中获得摩擦压降数据，对分别基于均相流模型和分液相模型的经典两相摩擦压降计算关系式进行了评估，实验结果表明：采用不同等效黏度计算方法的均相流模型计算结果比实验值明显偏小；而分相流模型中，Sun and Mishiba关系式和Tran关系式均能够较好地预测摩擦阻力，计算值与实验值的平均相对偏差在±15%以内。结合实验数据，以分相流模型方法为基础，考虑全液相Reynolds数、Martinelli参数和Laplace数的影响，获得了计算分液相折算系数的经验关系式，与实验数据符合较好, 平均相对误差在10%范围内。     

整体针翅管流动阻力特性实验研究

对润滑油竖直纵向冲刷下的整体针翅管进行了阻力特性的实验研究.通过分析针翅管的翅高、节距和加工方向对针翅管阻力系数的影响,发现整体针翅管的流动阻力明显高于光管的流动阻力,不同结构参数的针翅管的阻力系数差别较大.在各影响因素中,翅高的影响占主导地位,阻力系数随着翅高的增加而成倍增加.由于三维翅片表面对流动的扰动和破坏,当润滑油的雷诺数达到200～300时,流动阻力曲线将发生转折.     

加热面边界条件对MEB形成过程的影响

为研究加热面周围边界条件对气泡微细化沸腾的影响,结合实验与数值模拟对加热面低于水箱底面0.5 mm以及与之齐平两种条件下加热面上气泡行为和气泡周围流场进行对比分析。实验结果表明,50 K过冷度下,加热面齐平时,会发生旺盛的MEB现象,而对于加热面下沉时,微细化沸腾现象不发生。数值分析表明,加热面下沉时,气泡周围Marangoni对流被减弱,且气泡顶部的冷凝被大幅削减。这使得气泡稳定地在加热面上形成并逐渐长大,无法形成微细化沸腾现象。因此,气膜周围的Marangoni对流和气液界面上的冷凝过程可能是导致微细化沸腾发生的主要原因。     

矩形通道弹状流液膜特性

为了深入探究矩形通道内弹状流机理,利用高速摄像系统,对矩形通道(3.25 mm×40 mm)内弹状流进行了可视化研究。实验中发现,泰勒气泡长度LT随分气相雷诺数ReG近似线性增长,但随着分液相雷诺数ReL增加,LT的增长速率减小。液膜脱离泰勒气泡时厚度δf随ReG增加而减小并趋于稳定,随ReL增加而增大。δf主要由ReG、ReL和LT决定;LT≥150 mm时,δf趋于稳定。液膜脱离泰勒气泡时速度Vf随ReL增加而增大。在低ReL时,Vf方向向下并随ReG增加而减小;当ReL≥9 102时,液膜始终向上运动,Vf随ReG变化较小,主要受ReL影响。通过数据回归分别得到了LT、δf和液膜相对脱离速度Vfr计算关联式,其与实验数据符合相对较好。     

密度锁正向启动特性的实验研究

以应用密度锁的非能动余热排出系统为背景,针对密度锁内水力平衡的建立问题,通过实验研究与理论分析相结合的方法,对不同条件下的密度锁正向启动特性进行研究.实验结果表明:当启动流量与平衡流量偏差较小时,通过上、下界面位置的微小变化,正向启动可以很快地建立密度锁内的水力平衡;当启动流量与平衡流量之间的偏差较大时,在正向启动初期通过上、下界面位置的变化所建立的水力平衡仅是一个亚稳态平衡.而密度锁内最终的水力平衡仅是通过上密度锁内界面位置的变化建立的,下密度锁内界面位置与开阀预热阶段后相同.在实验研究的基础上,通过理论分析给出了成功实现正向启动的条件.     

窄环隙流道强迫对流换热实验研究

在一回路水分别从内侧和外侧加热二回路水的条件下，进行了竖直窄环隙流道强迫对流换热实验。结果表明，窄隙流道具有强化和抑制换热的双重作用，其换热特性与微槽道非常相似，而与普通流道显著不同．没有明显的层流区、过渡区和紊流区换热之分。     

波形板壁液膜破裂实验研究

设计并搭建了横掠气流下波形板壁液膜破裂可视化研究的实验台架,研究不同液膜厚度下气流速度与液膜破膜速度之间的关系。通过改变液膜流量和气流速度获得不同液膜厚度条件下的临界破膜速度,并利用高速摄像技术对液膜破裂行为进行研究。结果表明,液膜的破裂与气流速度、液膜厚度有关,两者呈负相关性;无量纲分析表明液膜的惯性力和气流剪切力是导致其破裂的不稳定性因素,而壁面粘性力和液膜表面张力则是抑制液膜破裂的稳定性因素;液膜在临界气流剪切力作用下发生破裂的破口是从波形板的屈折角(凸角)开始的,而且液膜可以以不同的形式被卷入到气流中,液膜破裂形态与液膜厚度有关。     

气泡微细化沸腾过程中气泡冷凝破裂现象

为了研究气泡微细化沸腾(MEB)时的气泡动力学行为,利用高速摄像仪(Fastcam SA5)观察15~60 K过冷度范围内,直径10 mm加热面上的沸腾过程。通过引入等效半径,分析核态沸腾、膜态沸腾和MEB区域的气泡行为特征。结果表明:MEB发生时的气泡行为,既不同于核态沸腾,也与膜态沸腾明显不同。在MEB区域,加热面上通常会形成一个大的、不规则气泡,但并不会脱离加热面,而是迅速破碎凝结;而且气泡生命周期相对较小,体积变化速率更快。量纲1分析发现,在MEB区域,随着壁面过热度和热通量的升高,气泡凝缩破裂过程受惯性控制影响程度逐渐增加。     

熔盐堆中气泡分离器内部流场的数值模拟

气泡分离器是熔盐堆脱气系统中不可或缺的关键设备之一，通过离心分离的方式去除反应堆中氙等裂变气体及其载气。本文利用CFD软件Fluent，采用瞬态的二次压应力雷诺应力模型，对气泡分离器内部液相流场进行了数值模拟。分析了边界条件变化对分离器分离特性的影响。结果表明：系统压力对切向速度分布、压力分布及轴向零速包络面的结构均有较大影响，进而影响设备的分离特性。另外，对比计算结果与实验现象，也可看出，增加出口压力有利于气液分离。     

“Chen”型沸腾传热计算方法用于小通道传热计算的适应性

目前,计算沸腾传热最为常用的Chen公式和基于Chen公式的计算方法在用于小通道时计算误差较大。运用Yan和Lin等人的实验结果,建立了一个包含11种工质,当量直径在0.21～6.05mm区间,由2505个实验数据组成的数据库,对Chen公式和"Chen"型计算方法用于小通道传热计算的适用性进行了评价。对比分析结果表明:Chen方法和"Chen"型计算方法误差较大,Chen公式中核态沸腾传热系数的计算方法在高含气率区已经不再适用。