环形窄缝通道内干涸后摩擦倍增因子的试验研究

在间隙为1.1和1.6mm的环形窄缝通道内,通过内外管双面通电加热流体,进行环形窄缝通道内的干涸后弥散流区压强的试验研究,通过试验得出环形窄缝通道内干涸后弥散流区全汽相摩擦倍增因子的计算式,该式能够较好地预测环形窄缝通道内干涸后弥散流区的两相摩擦压降。     

竖直环形狭缝通道内环状流的预测模型

对竖直环形狭缝通道内环状流流动沸腾传热理论模型进行了分析，以液膜质量、动量和能量守恒方程为基础，结合汽芯动量方程建立了竖直环形狭缝通道内环状流的数学物理模型。对该模型进行数值求解，得出了液膜厚度、液膜内的速度分布和温度分布、内—外管的换热系数以及通道内压降值，并与实验值进行了比较。     

环形通道内液态金属钠沸腾两相流动特性实验研究

对环形通道内液态金属钠沸腾两相流动特性进行了实验研究。实验中质量流速G≤2 000kg·m-2·s-1,系统压力p≤0.1 MPa,热流密度q≤550kW·m-2。两相流动摩擦压降通过在相同质量流量的单相流动摩擦阻力系数的基础上引入两相摩擦倍增因子来考虑两相的影响。实验结果表明:环形通道内液态金属钠两相摩擦倍增因子随Martinelli参数的增大有减小趋势。综合本文实验数据、Lurie等的实验数据以及Kaiser等的棒束实验数据,拟合得到了计算液态金属钠沸腾两相流动摩擦倍增因子的关系式。计算了本文拟合得到的关系式与各组实验数据间的相对标准偏差(RSD),表明本文关系式适用于计算环形通道内液态金属钠沸腾两相流动特性。     

环形狭缝通道内沸腾换热传热特性的实验研究

对环形狭缝间隙为 1 0mm ,低质量流量下 ,狭缝内流动沸腾换热的传热特性进行了实验研究。实验以去离子水为工质 ,实验压力范围为 :1 5 5～ 3 72MPa,质量流量的范围是 :9 5 3～ 1 9 65kg/h。实验研究结果表明 :1 以Jens lottes公式对实验数据进行整理 ,得到的公式中的系数明显增大 ,而以Chen公式对实验数据进行整理 ,得到的公式中的系数则有所减小 ,说明此时环形狭缝间隙内的流动沸腾换热很可能是泡核沸腾和两相强制对流共同起作用的结果。 2 在实验所做的参数范围之内 ,内管的传热系数比外管的高。     

摇摆运动下矩形窄通道内流动沸腾阻力特性

本工作对摇摆运动下水在矩形窄通道内流动沸腾阻力特性进行实验研究分析。一方面利用竖直静止实验数据对已有两相压降的计算方法进行评价,结果表明,应用于常规通道的关系式已不适用于窄通道中流动沸腾压降的计算,基于窄通道的Zhang-Mishima及Sun-Mishima关系式预测结果与实验值符合较好;另一方面得出了摇摆运动下流动沸腾阻力特性,摇摆运动使两相压降周期性波动,但摇摆角度和摇摆周期对压降的波动幅度、两相平均摩擦压降几乎无影响。     

矩形窄通道内流动沸腾阻力实验与计算方法研究

基于换热器小型化的研究背景,对水在矩形窄通道内流动沸腾阻力特性进行了实验研究与分析,并利用实验结果对常规通道和窄通道的两相摩擦压降计算的6种方法进行了评价。结果表明,应用于常规通道的关系式已不适于窄通道中流动沸腾压降的计算,而基于窄通道的Zhang-Mishima及Sun-Mishima关系式预测结果与实验值符合较好。实验结果和理论分析表明,利用分相流方法得到的分液相摩擦因子计算式中Chisholm系数C与Martinelli参数X存在指数关系,且随着质量流速的变化也有所不同,据此给出了新的分液相摩擦因子的计算方法,新方法具有更高的计算精度。     

空泡份额模型在矩形通道沸腾压降计算中的适用性评价

分析了各空泡份额模型随质量流量、系统压力及质量含气率的变化关系,并对各空泡份额计算模型在窄矩形通道内的应用进行了评价。研究结果表明:尽管空泡份额模型选取对重位压降及加速压降计算影响极大,但由于窄矩形通道内的饱和沸腾流动以环状流为主,重位压降及加速压降在两相总压降中的份额极小,因此在两相摩擦压降计算过程中,空泡份额模型的影响非常轻微。采用Zivi模型计算得到的沸腾摩擦压降与其他关系式计算值相对偏差在±5%范围内,因此建议采用Zivi模型计算窄矩形通道内空泡份额。     

同心环形管内沸腾两相流动与传热实验研究

对窄缝为2．1mm的同心环形管,试验研究了外管加热条件下水的沸腾两相流动阻力与传热特性,得到了以下结果：窄缝环形管内两相流动的阻力较普通圆管内大,沸腾换热得到了较明显的强化,换热系数弓压力、热平衡干度、工质流量、加热负荷均有关系,且与缝隙宽度和加热方式有关;提出了环形管强化传热的微液膜蒸发机理与汽泡扰动机理的物理解释;得到了环形管内流动摩擦阻力系数与传热系数的实验关联式。     

单棒通道流动振荡诱发沸腾临界可视化实验研究

为深入分析沸腾两相流动振荡诱发沸腾临界的影响特性,本文以去离子水为工质,横截面19 mm×19 mm、中心为外径9.5 mm的单棒通道为研究对象,通过在不同热工参数下开展沸腾两相流动特性可视化实验研究,结合汽泡行为和汽-液界面特性,分析流动振荡诱发沸腾临界的影响特性。研究结果表明,低压力、低质量流速和低入口过冷度下,极易出现流动振荡,并导致沸腾临界提前发生,此时的临界热流密度与稳定工况下相比明显偏低;随着壁面热流密度不断增加,流道中两相流型先后出现泡状流、弹状流、合并弹状流、搅混流、剧烈搅混流、不稳定环状流;当流动出现剧烈振荡时,流道存在回流;发生沸腾临界时流道压降波动最大,对应的流型为不稳定环状流。因此,单棒通道内流动振荡可能会导致沸腾临界提前发生。      

临界热流密度后膜态沸腾传热研究

本文简要地叙述了临界热流密度后流动膜态沸腾的现状后,全面地介绍我们在弥散流和逆环状流膜态沸腾方面的实验和理论研究。集中讨论低压小流量下的膜态沸腾研究,实验范围为:弥散流P=2-7bar,G=25—130kg/m~2s,x_λ=5-85％,q=20—95kW/m~2;逆环状流p=3-7bar,G=45—160kg/m~2·s,Δt_(subλ)=1—20℃q=50—90kW/m~2。简要地讨论了弥散流的理论模型及其与实验比较;逆环状流物理模型以及现有经验式与实验比较。弥散流研究虽然比较深入,但尚缺乏液滴信息,因此待定常数尚较多,这是今后研究的重点。逆环状流实验研究,一般仅提供壁温数据,尚未发现关于汽膜特征方面的信息,而且壁温数据也极为稀少,因而目前的经验式极不完善,更无合适的计算模型。只有在突破了汽膜特征研究方面的困难后,才有可能为逆环状流计算模型提供验证基础。尽管目前国际上膜态沸腾研究十分活跃,但是实验数据库仍然十分贫乏,应当进一步有组织地进行一系列实验研究。     

在双面加热的窄缝环形流道中流动沸腾换热研究

在窄缝流道内发生沸腾换热现象时,由于沸腾产生的汽泡受窄缝流道的限制,受压变形而消除了汽泡表面张力对传热的影响。因此对此现象进行基础性理论研究具有很重要的意义。本文在常压下用蒸馏水对窄缝间隙为 0.75mm的垂直环形流道,进行了流动沸腾传热实验研究。实验段的有效加热长度为 900mm,其加热方式为内外侧双面加热,实验的流量变化范围在 1.67× 10－ 5～ 5.83× 10－ 5m3/s。通过实验得到了在不同质量流速和热流密度下双面加热的窄缝流道中内外侧沸腾换热系数随干度变化的分布和特点。研究结果表明,由于在窄缝流道中存在着大量的运动聚合受压变形汽泡,因此使内外侧沸腾换热系数都很高 (可达 105W· m－ 2· K－ 1以上 )。     

Numerical study on effect of gap width of narrow rectangular channel on critical heat flux enhancement

According to the flow passage characteristic of narrow rectangular channel and liquid film dry-out mechanics of annular flow critical heat flux (CHF), an annular flow CHF analytical model for narrow rectangular channel has been achieved. This model may be used to predict the CHF behavior of boiling two-phase flow in narrow rectangular channel with gap width of not being less than 0.0005 m (the equivalent diameter of this channel is 0.001 m). Through analyzing and calculating, when the inlet dimensionless gap width of narrow rectangular channel is within 30-85, the enhancement of CHF in channel is obvious. At the same time, according to the characteristic of two-phase flow, the new determinant laws of CHF in boiling two-phase flow system have been derived. Through analyzing and calculating, it is substantial that this determinant laws is appropriate. The best dimensionless gap width of heat flux enhancement has been achieved to be 45-75.     

Experimental study on convective boiling heat transfer in narrow-gap annulus tubes

Since convective boiling or highly subcooled single-phase forced convection in micro-channels is an effective cooling mechanism with a wide range of applications, more experimental and theoretical studies are required to explain and verify the forced convection heat transfer phenomenon in narrow channels. In this experimental study, we model the convective boiling behavior of water with low latent heat substance Freon 113 (R-113), with the purpose of saving power consumption and visualizing experiments. Both heat transfer and pressure drop characteristics were measured in subcooled and saturated concentric narrow gap forced convection boiling. Data were obtained to qualitatively identify the effects of gap size, pressure, flow rate and wall superheat on boiling regimes and the transition between various regimes. Some significant differences from unconfined forced convection boiling were found, and also, the flow patterns in narrow vertical annulus tubes have been studied quantitatively.     

Wall friction in annular-dispersed two-phase flow

Modeling of wall-liquid film friction in annular and annular-dispersed two-phase flow regimes, and its effect on the performance of two-fluid models are addressed. It is shown that calculation of the wall friction based on the frictional pressure gradient, found from the widely applied empirical correlations for two-phase frictional pressure drop, can lead to significant underprediction of the liquid film thickness, and can result in the prediction of unphysical hydrodynamic characteristics for the film. In contrast a method which models wall-liquid film friction by applying the shear stress-shearing strain relation based on the film velocity profile is shown to adequately predict the liquid film hydrodynamic characteristics.     

环形狭缝通道内环状流模型的数值分析

对环形狭缝通道内的环状流建立了分离流模型。应用质量、动量和能量守恒方程 ,加上相应的边界条件和使方程组封闭的经验关系式 ,对环形狭缝通道的内、外液膜厚度、液膜内的速度分布和温度分布 ,以及内、外管的换热系数进行了数值计算求解     

Stage Efficiency for Mixer-Settlers Process with Chemical Reactions

The importance of heat transfer in a narrow gap has been pointed out in relation to the in-vessel retention of molten core under a severe accident condition of a light water reactor. In this study, heat transfer experiment has been carried out using internally heated annuli with a narrow gap and closed bottom. Effects of gap clearances (1.0, 2.0, 4.0 mm) on the cooling process were examined. The inner wall initially heated up to 800°C was cooled down by water supplied to the upper plenum, the transient rod temperature being measured. From the temperature history, transient boiling curves were obtained, which were compared with predictions by existing heat transfer correlations for nucleate boiling critical heat flux (CHF) and film boiling. In narrow gap channels water penetration to the gap was restricted by counter flowing vapor, which lead to a decrease of heat transfer coefficients.     

环形窄缝通道单相流动特性研究

对环形窄缝通道内单相流动特性进行了分析，提出了理论模型预测环形窄缝通道内单相流动阻力特性。根据该模型，对窄缝宽度分别为1.0、1.5、2.0mm环形通道内单相湍流流动摩擦阻力系数进行了理论计算，并与实验结果进行了比较。理论预测值与实验结果符合较好，且窄缝间隙大小对环形窄缝通道内流动特性有着重要影响，随着间隙的减小，摩擦阻力系数相应减小。间隙对流动阻力系数的影响还依赖于Re大小，其影响随Re的减小而降低。