池沸腾下朝向曲面加热面临界热通量分析模型

堆内熔融物滞留(IVR)策略得以实施的关键在于压力容器下封头外部冷却(ERVC)能力,即压力容器下封头外部临界热通量(CHF)高于下封头壁面对应的热通量。通过结合Helmholtz不稳定性与液膜蒸发,提出了池沸腾下朝向曲面加热面临界热通量的分析模型。由于表面张力作用,内部嵌有汽柱的薄液膜附着在下封头壁面外,Helmholtz不稳定性作用于薄液膜与汽柱的交界面;随着加热表面热通量的增大,汽柱与液膜之间相对速度达到一定时,在Helmholtz不稳定性的作用下,汽液交界面产生畸变,并形成汽膜,阻碍主流液到达加热表面;当加热热通量接近CHF时,液膜逐渐蒸发直至CHF触发。通过该模型计算得到了不同过冷度下,CHF随加热曲面方位角的变化,计算结果与现有的大量实验数据一致性较好。     

基于CFD方法的PCHE窄小流道内超临界CO2流动传热特性数值研究

采用计算流体动力学（CFD）方法对Z字形通道的印刷电路板式换热器（PCHE）的热工水力特性进行了研究，结合物性拟合公式和用户自定义函数（UDF）计算超临界CO₂物性；湍流模型采用SST k-ω模型，通过摩擦阻力系数和传热系数的实验数据对方法进行了验证。模拟结果表明，流体在弯折点处，加速核心区域向外侧壁靠近；在弯折点下游，存在较大压降，且随分离流的减弱而减小。      

汽泡滑移现象及质量流速和热流密度对汽泡滑移生长的影响

以去离子水为工质,对较高系统压力下竖直矩形窄流道内的汽泡生长特性进行可视化研究.由于单位体积潜热的提高,系统压力升高将抑制汽泡的生长,使得在相同生长时间内汽泡的尺寸大幅减小;随着系统压力升高,汽泡在核化点处的生长时间会明显地缩短.压力较高时,汽泡生长主要是在滑移过程中进行,滑移过程中,会间歇性地离开又再附上加热壁面;汽...     

摇摆条件下竖直圆管内干涸型临界沸腾的数值研究

针对摇摆条件下竖直圆管内干涸型临界热流密度（Dryout CHF）进行了三维数值计算,研究了摇摆条件下竖直圆管内相态分布特性、圆管内临界热流密度（CHF）的位置以及最高壁面温度,同时对管壁沿程换热系数特性进行了分析。结果表明:在摇摆条件下,圆管内相分布呈现周期性变化,CHF的位置也会发生周期性变化;同时发现摇摆运动会导致壁面最高温度更高,因此摇摆条件会使沸腾临界现象更严重。随着流型转变和沸腾传热机制的变化,管壁换热系数沿流动方向也会显著变化。本研究可以为摇摆条件下Dryout CHF的数值预测提供参考。      

竖直加热壁面上汽泡脱离及浮升点汽泡直径预测模型

针对汽泡在脱离点和浮升点的力平衡特点，根据受力分析结果对汽泡的动量平衡方程进行了简化。提出了汽泡在竖直加热壁面上脱离和浮升的判据。采用Thorncroft的实验数据进行检验，结果发现，汽泡的脱离及浮升直径预测值与实验值误差在±20%以内。模型分析结果表明，向上流动的汽泡脱离直径随平均流速的增加而减小，随壁面过热度的增加而增加；向下流动情况大致相同；但由于流动曳力对汽泡脱离的作用和浮力的作用相反，从而导致了在02～03 m·s-1流速范围内出现汽泡不脱离的现象。在向上流动条件下，由于汽泡脱离核化点后的滑动方向和主流方向一致，从而使得汽泡与流体间的相对速度减小，使浮升直径大大增加；向下流动时，汽泡浮升直径随平均流速和壁面过热的关系与脱离直径的变化趋势基本一致，但与壁面过热的关系没有脱离直径的明显。     

高温气冷球床堆有效导热系数模型的改进

有效导热系数是高温气冷球床堆热工设计和安全分析程序中的基本参数,ZBS模型广泛应用于球床结构有效导热系数的预测。本文针对ZBS模型中的关键经验型参数——接触面积系数φ进行了分析,通过对不同堆积结构球床有效导热系数的数值分析,获得了12组接触直径比和配位数及其对应的φ值,然后通过多元线性分析获得φ的计算公式。与德国SANA实验结果进行比较,发现改进后的ZBS模型预测能力优于其他模型。改进后的ZBS模型的计算结果与先前实验测量的球床主体区域的有效导热系数吻合也很好。本文研究结果可为高温气冷球床堆的设计和安全分析提供理论支持。     

竖直矩形窄流道内过冷沸腾汽泡生长特性及对换热的影响

在一个大气压下以水为工质研究了竖直矩形窄流道内过冷沸腾的汽泡生长特性。采用Laplace数(La)和时间因子(ξ)无量纲化汽泡半径和汽泡生长时间,得到了不同工况下的无量纲汽泡生长曲线。通过分析质量流速和热流密度变化对无量纲汽泡生长的影响,发现增加质量流速会抑制汽泡生长;增加热流密度则会促进汽泡生长。汽泡的生长行为会严重影响核态沸腾换热系数hNB,从而影响总沸腾两相流动换热系数htp。采用与雷诺数(Re)相关的无量纲时间(t*)的1/3次方模型来预测无量纲汽泡生长,发现此模型能较好地预测本研究中所得到的无量纲汽泡生长数据。     

竖直窄流道内过冷流动沸腾的汽泡生长过程流场特性分析

采用VOF模型建立了过冷流动沸腾中的汽泡生长模型,使用UDF接口自编程序,对汽泡生长过程进行了数值模拟。考虑了主流速度、主流过冷度、壁面过热度、汽-液接触角等对汽泡生长过程的影响,获得了过冷流动沸腾条件下汽泡生长曲线,并与相应实验条件下的实验结果进行了对比,同时对汽泡的生长过程中的汽泡内外的流场进行了分析。     

矩形窄流道内汽泡行为的图像自动识别与分析

针对矩形窄流道内沸腾流动时产生的汽泡动力学行为，采用高速摄影仪进行汽泡行为捕获，再利用图像处理技术识别汽泡，最后提取出特征参量进行分析。通过采用改进图像处理法解决了光斑带来的二值化图像中部分汽泡边缘不封闭的问题，并达到了较好的汽-液分割效果；然后通过自动处理提取出图像中的汽泡投影面积比，并采用人工识别的汽泡投影面积比进行验证，两者相差在10%以内；最后根据接触角建立了汽泡体积计算模型，得出了汽泡生长过程中空泡份额变化趋势。      

SA508钢表面临界热流密度强化试验研究

利用“冷喷涂”多孔涂层制备技术，在反应堆压力容器真实材料SA508Gr3碳钢试验件表面制备了微米尺度多孔涂层。通过可旋转实验装置，在常压下开展了下朝向不同角度条件下池沸腾SA508钢试验件光表面、冷喷涂涂层表面的临界热流密度（CHF）试验研究，获得了2种表面在不同倾角下的沸腾冷却曲线。试验结果表明，随着倾角的增加，CHF增加；采用涂层表面的CHF始终高于光表面的CHF，CHF强化至少在25%以上；在多次加热和冷却循环后，多孔涂层表面保持足够的强度和稳定性。