不稳定条件下水平管单相水流动阻力特性实验研究

针对不稳定流动（脉动流）条件下的实时阻力特性进行了实验研究。研究表明：脉动流造成了摩擦压降特性的改变,摩擦压降随流动波动而波动,且二者存在相位差。分析可知,加速度对摩擦压降产生较大影响,相同大小的流速和加速度下,加速度方向不同时,摩擦压降也不同,加速度为正时,摩擦压降较大,加速度为负时,摩擦压降较小,加速度为0时,摩擦压降为唯一值。在理论分析的基础上,拟合了适用于脉动流条件下的实时摩擦压降计算关系式,拟合结果和实验结果符合良好。     

摇摆参数对自然循环下波谷型脉动的影响

针对摇摆条件下自然循环波谷型脉动进行研究,构建了计算波谷型脉动的模型并进行了分析,计算结果和实验值符合较好。分析结果表明:对于摇摆运动下的波谷型脉动,在其整体流动波动过程中起主导作用的是摇摆运动引起的附加压降,而在波谷附近,由于产汽的影响,局部摩擦压降和重位压降交替主导流动,并最终诱发波谷处的流动不稳定性;摇摆振幅和频率越大,即摇摆程度越剧烈时,摇摆附加压降波动越剧烈,流量、壁温等热工参数变化越剧烈,波谷型脉动起始点对应功率也越低。     

矩形通道内两相脉动流平均摩擦压降实验研究

通过对截面为40 mm×3 mm窄矩形通道内不同正弦脉动周期、振幅、平均流量工况下氮气 水两相流（平均分液相雷诺数Re_l<10 000,平均分气相雷诺数Re_g<800）进行实验研究,发现两相脉动流与单相水脉动流的规律不同,平均压差对脉动周期、振幅不敏感。应用各经验公式计算的脉动工况下平均摩擦压降的偏差与稳态工况的计算偏差在数值和分布上均无明显差异,且计算值分布在测量值两侧、相对偏差基本小于20%。其中,Mishima-Hibiki方法和Lee-Lee方法的计算结果与测量结果吻合良好,相对偏差在10%以内,说明两相流摩擦压降经验公式同样适用于脉动工况下平均摩擦压降的计算。     

摇摆状态下水平管中单相水的摩擦阻力实验研究

在常温常压下,利用水平放置在机械传动的摇摆台架上的两相流实验装置,对内径为34.5 mm有机玻璃管内的单相水在不同摇摆状态下的摩擦压降特性进行了试验研究.应用能量方程和Darcy公式求解了摇摆状态下单相水的摩擦阻力系数.试验结果表明:流速、摇摆周期和摇摆幅值等因素对摩擦压降都有一定的影响,并且摇摆状态下的摩擦系数与稳态时不同,呈现周期性的变化.通过引入摇摆雷诺数和实验数据的拟合,提出了用于计算摇摆状态下单相水的摩擦阻力系数的试验关联式.与实验值比较,计算值能够反映摩擦阻力系数的变化,两者符合得很好.     

摇摆状态下竖直管内环状流摩擦压降计算

对摇摆状态下3种不同管径的竖直管管内环状流摩擦压降计算进行了研究.以分相流模型为基础,对采用传统奇斯霍姆常数C所得到的环状流摩擦压降计算值与实验值进行比较,发现误差很大.通过分析发现,在摇摆状态下,奇斯霍姆常数C与滑速比呈降幂指数关系.结合实验数据给出了相应的计算关系式,并采用该计算式对环状流摩擦压降进行计算,实验值与计算值符合较好.     

周期性力场作用下窄通道内两相流压降特性

通过实验研究了摇摆造成的周期性附加惯性力作用下矩形窄通道内空气 水两相流压降特性。按分液相雷诺数将流动分为层流区（Re_f <800）、过渡区（800≤Re_f≤1 400）及湍流区（Re_f >1 400）3个区域,并对各区域内附加压降、重位压降和摩擦压降平均值及瞬态值进行了比较。结果表明,附加惯性力对窄通道内两相流整数倍周期内平均摩擦阻力无明显影响。周期性附加惯性力作用下(摇摆周期16 s,摇摆振幅30°),层流区及过渡区气相表观速度、液相表观速度、质量含气率及摩擦压降随时间周期性波动,波动周期等于摇摆运动周期;瞬时摩擦压降相对于其平均值的波动幅值随气液两相流速的增加而减小。湍流区两相流动参数周期性波动不明显。     

脉动流下棒束通道内相位差及瞬态流场研究

事故条件及海洋条件下反应堆处于非稳态工况,堆芯燃料组件内热工水力行为具有瞬变及多因素耦合特性,对反应堆的安全提出更高挑战,因此有必要对燃料组件内瞬态特性进行研究。本文通过测量棒状燃料组件内压降和流量之间延迟时间开展棒束通道脉动流条件下相位差研究,对比了相位差在不同振幅、不同流动状态下的变化特性,并分析了定位格架对脉动流相位差的作用特点。另外,基于粒子图像测速(PIV)技术开展了脉动流条件下棒束通道内流场分布特性研究,对比了相同流量条件下稳态工况与瞬态工况下流场分布差异,分析了主流具备不同加速度时棒束通道内流场分布特征。实验结果表明:定位格架可减小脉动流下棒束通道内相位差;棒束通道内流场演化滞后于主流量变化。实验结果有助于揭示燃料组件在非稳态条件下瞬态特性,并为燃料组件的设计和优化奠定基础。     

基于粒子法的流量脉动条件下单气泡上升行为研究

两相流动不稳定性广泛存在于核反应堆、常规动力装置、制冷化工以及航空航天等领域,流动不稳定性通常伴随着流体流速的周期性脉动。本文基于MPS-MAFL方法针对入口流量脉动条件下的单气泡垂直上升运动行为进行了特性分析。结果表明,脉动条件下气泡形状与上升速度均以与入口流量相同的周期波动;且气泡上升速度周期性波动的大小随着液相初始流速以及流量脉动幅值的增大而增大。本文研究结果为深入认识流量脉动条件下两相流构型提供了有力的理论支持。     

内螺纹管中汽-液两相流体摩擦压降特性研究

在压力为9～22MPa,质量流速为600～1200kg/(m2·s),含汽率为0～1的工况范围内,对Φ38.1mm×7.5mm的6头内螺纹管中汽-液两相流体的摩擦压降特性进行了试验研究。试验段采用水平绝热布置。试验结果表明:压力对两相流摩擦压降的影响很大,随压力增加,两相流摩擦压降倍率减小,在临界压力附近,两相流摩擦压降倍率趋近于1;随含汽率增加,两相流摩擦压降倍率先增加,然后有减小的趋势;随质量流速增加,两相流摩擦压降倍率减小。用于计算单相水摩擦压降系数以及用于计算汽-液两相流体摩擦压降的试验关联式被提供。     

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.