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。     

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。     

低压自然循环间歇泉流动不稳定性实验研究与RELAP5程序验证

对低压条件下自然循环回路内的两相间歇泉流动不稳定性进行了实验研究。同时,对RELAP5/MOD3.2程序计算低压自然循环间歇泉流动不稳定的可行性进行了验证分析。实验结果表明,低压条件下,间歇泉流动不稳定产生的根本原因在于有效驱动压头的周期性变化,与加热段内气液两相流动的形成-消失周期密切相关。下降段内流体温度越高,波动周期越短。实验数据与RELAP5/MOD3.2程序模拟计算结果符合较好,说明RELAP5/MOD3.2程序对模拟计算低压条件下自然循环间歇泉流动不定稳性具有较好的适用性。     

自然循环条件下窄通道内气泡速度特性

气泡运动速度是气泡行为重要参数,对建立完善的气泡换热机理模型具有意义。以水为工质开展自然循环流动条件下窄通道内气泡速度特性实验研究。分析了单气泡和气泡群速度变化规律、影响因素以及引入摇摆运动后的速度特性。气泡速度主要取决于气泡尺寸和主流速度两个因素,摇摆条件下气泡速度会发生周期性波动,竖直稳态或摇摆动态条件下气泡形心液相速度与气泡速度近似相等。     

气-液两相泡状流在摇摆状态下的摩擦压降计算

在常温下对光滑的有机玻璃管内单相水和气-液两相泡状流在两种不同摇摆角度和3种不同摇摆周期下的摩擦压降特性展开了研究.结合实验数据,提出了摇摆状态下的单相水摩阻系数的计算关系式.计算关系式不仅能够反映摩阻系数随时问变化的周期动态特征,而且计算结果与实验结果符合很好.在此基础上,运用均相流模型,对摇摆状态下两相泡状流的摩擦压降进行计算.结果发现,计算值与实验值的相对误差在±25%以内.     

纯蒸汽在竖直管内非完全冷凝换热特性的实验研究

为研究纯蒸汽在竖直管内非完全冷凝的换热特性,使用内径为25 mm的换热管进行实验,入口压力为0.1～0.3 MPa,蒸汽质量流速为12～70 kg/(m²·s)。研究了入口压力、质量流速和质量含气率对管内平均和局部冷凝换热系数的影响,判别了冷凝过程中液膜流态,分析了液膜湍流度和液滴夹带对竖直管内冷凝换热的影响。结果表明：冷凝换热系数随着质量流速和质量含气率的增大而增大,竖直管的冷凝换热系数随着入口压力的升高而降低。实验中的液膜流型主要在过渡流区间,液滴夹带的发生使局部冷凝换热系数提高。对比4种环状流冷凝换热关系式计算结果发现,Shah的经验关系式基本偏差在±30%以内,平均绝对偏差(MAD)为18.91%。基于实验数据提出的经验关系式,其计算值和实验值基本偏差在±10%以内。     

低流量下等高差自然循环系统倒流现象实验研究

自然循环系统由于具有固有安全性而被广泛应用于核电站中。等高差自然循环系统是一种特殊的系统,其加热段与水箱之间是通过上下水平段连接。在低流量条件下,这类自然循环系统会发生水箱冷水倒流至上水平段的现象,目前对该现象的研究并不常见。对等高度差自然循环系统的上水平段倒流特性进行了可视化实验研究。实验结果表明,上水平段倒流长度随流量的增加而减小,随着加热段出口流体与倒流流体温差的增大而增加。研究发现,上水平段倒流现象主要受加热段出口流体惯性力和与倒流流体形成的浮升力共同影响,并且倒流现象的发生可以通过Richardson数来判定。     

摇摆对窄矩形通道内两相流摩擦压降特性影响

本文以窄矩形通道内两相流为研究对象,分析了不同摇摆工况对两相流动摩擦阻力特性的影响。通过对试验数据分析,结果表明,改变摇摆周期对窄矩形通道内两相流的瞬态摩擦压降波动幅值的影响很小,只是改变了其瞬态摩擦压降变化频率,对其平均摩擦压降无影响。同时,采用L-M法对比分析摇摆与静止条件下的φ²_l(φ²_g) -X变化曲线发现,摇摆状态下窄矩形通道内的两相摩擦压降可采用静止条件下φ²_l(φ²_g) -X变化曲线进行计算。     

高宽比对矩形窄通道内单相水流动特性的影响机理

通过理论和实验研究了矩形窄通道内单相水的流动特性。结果表明：矩形通道截面高宽比对其流动阻力有重要影响,层流区和紊流光滑管区摩擦阻力均随高宽比的减小而增大。可视化结果表明：矩形窄通道临界Re为2 500~2 600,高宽比对窄通道内流态转捩无明显影响。层流区高宽比通过改变截面湿周及速度分布两方面影响摩阻特性;紊流区高宽比通过改变黏性底层紊流时均速度分布及截面湿周两方面影响摩阻特性。     

低压稳定流动闪蒸过程空泡份额分布特性分析

以低压自然循环系统内产生的闪蒸现象为研究对象,对闪蒸驱动的稳定两相自然循环流动阶段的空泡份额变化规律进行分析,通过分析发现上升段入口流体温度及水箱液位高度都会对流动闪蒸汽化过程的规律产生影响,使得空泡份额径向和轴向分布不一样。通过分析,得出影响汽化过程的主要因素是流体过热度,可知减小上升段入口流体过热度,闪蒸起始点会下移,闪蒸两相段变长;随着闪蒸汽化的不断进行,流体过热度逐渐减小,轴向空泡份额先迅速增加而后逐渐变缓,径向空泡份额分布由“壁峰”型衍变成“核峰”型。然后,然后基于流体当地过热度变化,拟合给出了不同工况下轴向空泡份额计算关系式,与实验数据对比符合较好,相对误差在±15%以内。