超临界二氧化碳流体中纳米颗粒热泳沉积计算研究

超临界二氧化碳中纳米颗粒的运动沉积问题是目前的国际前沿课题。纳米颗粒由于其粒径小、具有更高的相对表面能,其穿透性更强,对超临界系统装置可能有较大破坏性。选择不锈钢纳米颗粒、超临界二氧化碳作为具体对象,以1 m长的水平直管作为流动几何通道,运用Fluent软件采取控制单一变量法,对影响纳米颗粒热泳沉积的因素进行了计算分析。对于热泳沉积而言,流体与壁面温差是影响沉积率的最主要因素,呈正相关关系;来流速度、粒径、管径与沉积率呈负相关关系。     

空气-水在垂直非圆截面通道内流型研究

采用可视化方法研究了水力直径分别为15mm和10mm的两种正方形截面、14.43mm的三角形截面以及14mm的圆形截面通道内空气-水垂直上升流动,表观气速0.04～80m/s,表观水速0.001～6m/s.观察到了泡状流、弹状流、块状流、环状流和弥散泡状流等常见流型.此外,在表观气速很大而表观水速很小时,在非圆截面通道内发现了爬动流,证实了非圆截面直通道内存在"二次流"现象,且对气-液两相流动的相分布有较大影响,证明截面形状对两相流流型及其转变具有重要影响.由实验得到了流型转变界限,并首次获得了包括爬动流的两相流流型图.比较本文的实验结果及与前人的研究结果对比发现,水力直径的大小对两相流流型的转变具有一定影响.     

考虑聚并及热泳的微米级气溶胶粒子沉积数值模拟研究

本文基于C++编写的程序对0.5~10 μm气溶胶粒子沉积进行了数值模拟,研究了聚并和热泳对沉积的影响及其耦合作用。结果表明,气溶胶粒子数量浓度小于10¹²m^-3时,聚并可忽略;气溶胶粒子数量浓度为10¹⁴ m^-3时,聚并不可忽略。考虑聚并后,气溶胶粒子的沉积速度显著增加,如在温度梯度为3 000 K/m时,10 μm气溶胶粒子的沉积速度较不考虑聚并时增大了37.2%。不考虑聚并、温度梯度为3 000 K/m时,由于热泳作用,0.5 μm气溶胶粒子沉积速度增大到无温度梯度的5.96倍,考虑聚并后,减小为4.41倍（数量浓度为10¹⁴ m^-3）。聚并和热泳会相互影响,但总体上聚并和热泳均会增强气溶胶粒子的沉积,从而加快气溶胶粒子的损失。     

考虑漏流的HTR-PM热气混合结构数值模拟研究

对高温气冷堆核电厂示范工程HTR-PM的堆芯出口热气混合结构设计进行数值模拟,并考虑了未经过堆芯的冷却剂漏流的影响。对模拟计算所得的温度、压力以及流速分布的分析表明:热混合主要由与主流动方向垂直或平行的漩涡等二次流导致,且混合效果变化滞后于二次流的产生和变化;压降主要为由于流体流通面积和流动方向剧变而产生的局部压损,二次流的产生与变化伴随着压降的变化。计算分析的结果表明:在考虑漏流的额定流量工况下,HTR-PM的堆芯出口混合结构可以满足高热混合效率和低压降的要求。     

铅铋共晶合金流动传热特性及不溶性腐蚀产物沉积特性数值模拟

作为ADS次临界堆首选的冷却剂材料,铅铋共晶(LBE)合金中出现微小颗粒物会威胁反应堆安全,同时缩短反应堆的使用寿命。为此,利用FLUENT软件对矩形通道中不溶性腐蚀产物的沉积分布进行了模拟研究。对连续相采用标准k-ε模型预测湍流变化,对颗粒相采用离散相模型(DPM)跟踪颗粒运动轨迹。研究发现,沉积效率与流体和冷壁之间的温差呈正相关;近壁面是颗粒物的高浓度区、低温区,这种分布有利于颗粒物在壁面上的沉积;近壁面是高湍动能区,不利于颗粒物沉积。受到壁面边界层影响,出现二次流现象,即在径向上出现8个对称的径向循环区域。     

竖直窄矩形通道内空气-水两相流中气弹运动速度研究

以空气和水为工质,应用高速摄像仪,对竖直窄矩形通道(3.25 mm×40 mm)内气液两相弹状流进行了可视化实验研究。气、液相表观速度分别为0.1~2.51 m/s和0.16~2.62 m/s,工作压力为常压。实验中发现窄矩形通道内弹状流与圆管中存在较大差别,气弹多发生变形,高液相流速时变形更为严重。窄边液膜含气量较高,在高液相流速时窄边液膜不下落,宽边液膜中含有由气弹头部进入和气弹尾部进入的气泡。气弹速度受气弹头部形状和宽度影响较大,受气弹长度影响较小。气弹速度可由Ishii & Jones-Zuber模型计算,但在低液相折算速度时偏差较大,其主要原因为漂移速度计算值较实验值偏小。     

窄矩形通道内低压两相自然循环流量漂移实验研究

在自然循环实验台架上进行窄矩形通道自然循环流量漂移实验研究。当加热到一定功率时,系统开始出现自然循环流量漂移,且流量漂移过程中伴随着流量振荡;整个系统的稳定性随着入口流体欠热度、压力、缝隙宽度的增加而增大。通过欠热度数、相变数等参数绘制出系统的稳定性曲线。发现窄矩形通道流量漂移存在4阶段机理,并提出窄矩形自然循环流量漂移起始功率经验关系式。     

同步辐射圆二色谱法研究Fe3O4纳米颗粒对细胞色素C结构的影响

四氧化三铁纳米颗粒(Fe3O4-NPs)在生物医学领域有着广泛的应用。通过同步辐射真空紫外圆二色谱(SRCD)和紫外可见(UV-Vis)吸收谱技术研究了Fe3O4纳米颗粒的粒径(10 nm和40 nm)对细胞色素C(Cyt c)结构的影响。结果表明,随着Fe3O4-NPs颗粒物浓度的增大,Cyt c在408 nm处的吸光度值逐渐下降。SRCD结果显示Cyt c与Fe3O4-NPs作用后,蛋白的α螺旋含量减少,β折叠含量增加;Fe3O4-NPs与Cyt C的作用强度具有尺寸依赖性,小尺寸的Fe3O4-NPs作用更为明显。     

三面加热窄矩形通道内弹状流截面含气率的实验研究

本文以去离子水为实验介质,对截面为3 mm×43 mm的三面加热窄矩形通道内充分发展的弹状流进行实验研究。借助高速摄影仪对弹状流进行可视化实验观察,观察到弹状流的4种演变行为：弹状流充分发展、夹心型弹状流的形成、小汽弹合并成大汽弹、大汽弹合并成加长型弹状流。分析了部分热工参数对弹状流截面含气率的影响,通过引入雷诺数,对三面加热窄矩形通道内弹状流的实验数据进行非线性回归分析,得到适用于三面加热窄矩形通道内弹状流截面含气率的计算关系式。结果表明,新拟合得到的关系式能较准确地预测三面加热窄矩形通道内弹状流的截面含气率,其预测值相对误差为12.36%。     

摇摆条件下窄矩形通道内两相流动瞬态阻力特性研究

摇摆条件下的气液两相流动受摇摆引起的附加惯性力的影响,致使其摩擦阻力特性发生改变。本工作在摇摆周期为8、12、16 s和摇摆振幅为10°、15°、30°的条件下,对窄矩形通道（40 mm×1.6 mm）内空气-水两相流动的瞬态阻力特性进行了研究。结果表明：摇摆时瞬态摩阻系数的变化呈明显周期性;气相质量含气率越大,摩擦压降的波动幅度越大;摇摆周期越小,振幅越大,摩擦压降的波动幅度越大。给出1个用于计算摇摆条件下两相摩阻系数的关联式,92.5%的计算值的相对误差在±20%以内     

平行窄隙矩形通道间脉动演化过程的实验研究

基于可视化实验,对平行窄隙矩形通道间脉动演化过程进行了研究.实验采用三面可视的实验本体,在系统压力0.2～0.8 MPa、质量流量60～300 kg/h、入口过冷度20～80℃参数范围内开展.实验结果表明:在平行窄隙矩形通道间,脉动的演化过程与流量的变化、通道内流型的变化以及各特征点的转变过程紧密相关.当通道出口处于饱...     

热工水力参数对矩形双通道管间脉动的影响

在中国核动力研究设计院热工试验回路上进行了矩形双通道管间脉动试验.对各种热工水力参数的试验研究后得出结论:随着进口过冷度的增加,界限热流密度增大,脉动振幅增大,脉动周期变长,进口过冷度对界限含汽率的影响表现出一定程度的非单值性;随着进口质量流速的增大,界限热流密度增加,界限含汽率减小,脉动振幅增大,脉动周期变短;随着系统压力的升高,界限热流密度和界限含汽率增加,脉动振幅减小,系统压力对脉动周期的影响表现出一定程度的非单值性;根据进口过冷度数Nsub和相变数Npch绘制出的脉动界限图,拟合出判断管间脉动界限的准则关系式:Npch＝3.1419 Nsub 10.014.     

矩形窄通道内临界热流密度的小波分析研究

判定临界热流密度值对于核反应堆安全具有重要价值,观察温升速率是一种可行的办法。通过小波函数对矩形窄通道内临界热流实验温升曲线进行分析,可以消除相对较弱的干扰、有效的判断临界热流密度发生值。矩形窄通道可以强化传热、降低临界热流密度值,应用小波分析处理后的实验温升曲线能够较好的证明矩形窄通道的强化换热特点。分别采用Haar函数和Daubechies函数分析判定,保证了小波分析的准确性。从分析结果中发现Daubechies函数比Haar函数对图像细节信号的处理更准确。同时将小波分析的结果与实验结果对比,发现与实验结果吻合良好。     

窄矩形通道内Ledinegg不稳定性实验研究

为研究窄矩形通道Ledinegg不稳定性，分析影响系统Ledinegg不稳定性的主要因素，对窄矩形通道进行了一系列的实验研究和数学理论推导。实验表明：随热流密度的增加或系统压强的减小，窄矩形通道内部特征曲线负斜率区斜率变小。此斜率越小，系统发生不稳定的概率越大，且流量漂移的波动振幅越大；与常规通道不同，过冷度对窄矩形通道Ledinegg不稳定性的影响程度很小。在忽略窄矩形通道内的加速压降和重力压降，仅考虑摩擦压降的情况下，推导出窄矩形通道内部特征曲线的数学关系式，给出了系统达到稳定的数学条件。     

窄矩形通道内汽泡聚合行为研究

采用实验方法对窄矩形通道内过冷沸腾时的汽泡聚合行为进行了可视化研究。矩形通道的尺寸为2 mm×40 mm×700 mm。实验参数为：实验段入口处绝对压力p_in=0.55 MPa,入口过冷度Δt_in=31 ℃,质量流速G=516 kg/(m²•s),平均速度v=0.52 m/s。采用高速摄影仪对实验流道进行拍摄,拍摄速度为5 000帧/s。将汽泡聚合过程分为4个阶段：靠近、融合、调整和稳定阶段。发现聚合后的汽泡运动速度会先增大再减小,最后趋于稳定。调整阶段汽泡形态不断变化,椭球形、圆形交替出现;伴随着形变,聚合汽泡的角度、长短轴长也会有相应的变化。最后发现在汽泡聚合过程中会诱导出一个新的小汽泡。     

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。     

摇摆条件下窄矩形通道内流动传热特性数值模拟

建立窄矩形通道在摇摆条件下湍流流动的物理数学模型,应用数值分析方法模拟窄矩形通道的三维非稳态流动的传热过程;考察摇摆条件下通道内流动阻力和换热性能及其随雷诺数Re、摇摆周期T及摇摆幅度max影响的变化规律。结果表明,摇摆状态下窄矩形通道内速度场呈周期性变化;时均摩擦系数favg和时均努塞尔数Nuavg比非摇摆工况下的结果大,Nuavg满足拟合公式0.851 0.4Nu 0.023Re Pr;在相同Re和摇摆周期T下,通道内流体摩擦压降和Nu的变化幅值随max的增大而增大,其变化周期等于T;在相同Re和max下,摩擦压降pf和Nu的变化幅值随T的增大而减小,其变化周期等于T。     

窄矩形通道内单相水阻力特性实验研究

文章对两个宽高比不同的窄矩形通道在竖直与倾斜条件下的单相水阻力特性进行了实验研究。通过对实验数据的分析确定了窄矩形通道内单相流动从层流向紊流转变的临界雷诺数为2400左右。在层流区内,竖直和倾斜条件下试验段内单相水的阻力系数实验值均大于圆管经验公式值,紊流区内阻力系数实验值与Blasius经验公式值符合良好。倾斜对试验段内单相水的阻力特性无影响,但宽高比越小,阻力系数越大。     

矩形窄通道内泡状流向搅拌流转变预测模型

在池式沸腾Helmholtz失稳模型的基础上,通过进一步的假设,构建流动沸腾条件下矩形窄通道内泡状流向搅拌流流型转变机理模型。基于调研的已有研究成果,得到矩形窄通道内汽泡可能稳定存在的极限尺寸,并由此得到泡状流向搅拌流转变的热边界条件。利用已有实验数据对该机理模型进行评价,该模型在低压条件下与实验数据符合得较好。