局部非热平衡条件下含内热源多孔介质方腔内自然对流数值研究

在流体与固体骨架有效导热系数比一定的条件下,采用局部非热平衡模型与非达西流动模型,研究Ra和Da对含内热源多孔介质的方腔内自然对流流动换热特性的影响。计算结果表明:当Ra取定值,流体平均Nu随Da的增大而增大;当Da取定值,流体平均Nu随Ra的增大而增大。在文中参数的变化范围内,固体相与方腔4个壁面的换热强度相当,且变化较小。方腔左右两壁面流体相换热强度相同,但均弱于上壁面换热强度,下壁面流体相换热强度最低。无量纲容积换热系数较小时,非热平衡效应影响较大。     

流量波动条件下圆管内流动换热特性数值研究

对流量波动条件下核动力装置系统圆管内流体的流动换热特性进行了数值研究,重点研究了波动周期、波动振幅两个因素对流动换热特性的影响。结果表明:流量波动时,通道内的摩阻系数和壁面换热系数均随时间周期性波动,且波动周期与流量波动周期相同;波动周期增加,摩阻系数波动幅值减小,壁面换热系数波动振幅变化不明显;相对振幅增加,摩阻系数波动幅值增大,壁面换热系数波动振幅增大。     

基于表面测温的复杂模型传热边界条件识别

将有限元分析软件求解复杂模型温度场的优势与多元函数优化算法寻优的优势相结合,提出一种基于表面测点反演求解三维复杂模型稳态温度场时所需的传热边界条件的可行性方案,即只需要若干点温度实测值便可实现多个边界条件的同时反演.以某高功率密度柴油机气缸盖底面对流换热系数识别为例,根据本文的方法得到以下计算结果:当温度测量误差小于0.5℃时,计算得到的边界条件值最大相对误差不超过2％.该结果验证了本方法的可行性.     

带格架圆管内超临界水竖直向上流动传热强化特性数值分析

当主流温度高于拟临界温度时,超临界流体为类似气体的流体,故其换热系数相对较低。采用自适应结构化网格,利用商业CFD软件Fluent6.1对简单格架的阻塞面积比对超临界竖直圆管内传热特性的影响进行了模拟。结果表明,RNGk-ε模型配合增强型壁面函数处理可以得到比较准确的结果;格架的阻塞面积比与当地主流温度越高,传热强化效果越好;给出了格架后换热系数强化比的衰减规律。     

管道倾斜角度对超临界CO2管内换热特性的影响

在恒热流加热工况下,对超临界CO₂在不同倾角的微细圆管内混合对流换热进行了数值模拟。采用FLUENT软件分析了不同倾角时管内截面温度、轴向速度、二次流、上母线传热系数、周向壁面温度和Nu_w的变化规律,并引入相对二次流动能定量表示二次流强度。研究发现：倾斜管内顶部流体温度高于底部,周向Nu_w在底部高于顶部,速度分布不是中心对称且其峰值出现在管中心轴线下侧;浮升力引发的二次流先增大后减小,且在靠近入口处达到峰值;倾斜管内上母线温度高于下母线,上母线传热系数在拟临界温度附近达到峰值。通过水平管中浮升力判据,得到了浮升力对对流换热的影响规律。     

含内热源多孔介质的局部换热特性实验研究

建立了含内热源的多孔介质模型.该模型以水作为流动介质,流道内填满金属颗粒球,金属颗粒球呈正三角形排列.作为内热源的金属球内镶嵌电阻丝.在此模型的基础上,通过实验研究了流速、金属球壁面温度对含内热源多孔介质局部换热特性的影响规律.研究结果表明:压力对换热特性几乎没有影响;低热流密度下,表面热流密度对换热特性没有显著的影响;高热流密度时,换热系数随热流密度的增大而增加;冷却剂进口温度与换热系数成反比;球层区有入口效应存在,但是影响区域明显小于管内流体的流动区域;获得了幂指数形式的无量纲换热准则关联式,预测值与实验值误差在±10%以内.     

低雷诺数条件下超临界压力CO_2换热实验研究

在低雷诺数条件下(Rein=1970和750),对超临界压力CO2在垂直圆管(d=2 mm)内向上流动和向下流动时的对流换热进行了实验研究。实验结果表明:当Rein=1970时,在热流密度较高的情况下,在管子的入口处向上流动会出现局部壁面温度峰值和谷值,而在向下流动时未观察到此类似现象;当Rein=750时,向上、向下流动壁面温度的变化趋势和换热规律类似。     

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。      

CAP1000反应堆堆内构件在直接安注下流动传热特性研究

在CAP1000反应堆中，使用了压力容器直接安全注射方式。由于安全注射管嘴和堆内构件的布置方式可能导致堆内构件承受较强的低温水影响，本文研究了吊篮外壁上布置的关键部件的表面温度分布及对流换热能力。使用缩比模型实验测量了堆内构件关键部位在不同安全注射条件下的壁面温度分布和换热系数，使用数值分析获得了堆内构件表面整体温度分布和换热系数。研究得到了辐照监督管顶部等危险区域上几个关键点的壁面温度和换热系数与安全注射条件间的无量纲关联式。      

基于RELAP5的典型压水堆再淹没壁面蒸汽对流换热模型研究

基于FLECHT SEASET再淹没实验,评价RELAP5程序再淹没模块的合理性。研究表明,现有的RELAP5程序在模拟再淹没实验低流速工况时,低估了燃料包壳的峰值温度。结合典型压水堆再淹没过程的特点,考虑蒸汽流动状态和棒束结构的影响,对壁面蒸汽对流换热模型进行修改,建立适用于典型压水堆再淹没过程的壁面蒸汽对流换热新模型。改进前后程序对包壳峰值温度的计算结果对比,验证了新模型的合理性。     

Estimating Fluid Temperature of Pipe Based on Sequential Function Specification Method

The sequential function specification method (SFSM) was used to quickly invert the near-wall fluid temperature and heat transfer coefficient of two-dimensional pipe. The accuracy of the inverse heat conduction problem was verified by numerical experiment. Meanwhile, the influence of measurement noises on inversion results was discussed. The inversion results show that SFSM can accurately obtain the fluid temperature and convective heat transfer coefficient near the inner wall of pipe. When the measurement noises exist, the inversion value fluctuates in the real value and the amplitude slightly increases with the noises. The average relative error of the estimated fluid temperature near the wall is about 1% with or without measurement noises, while the inversion accuracy of the convective heat transfer coefficient is slightly worse, but the average relative error is less than 20%. It means that the inversion program has a certain anti-noise performance.     

不同运行工况下蒸汽发生器热工水力稳态特性数值研究

基于相似模化理论建立了蒸汽发生器一、二回路流体及传热管流 固耦合传热的单元管三维物理模型,对大亚湾核电厂蒸汽发生器不同工况下的热工水力稳态特性进行了数值模拟研究。采用热相变模型描述二回路汽液两相流动与换热、流-固耦合模型描述一回路冷却剂借助U型管与二回路流体换热。数值计算结果表明：满负荷运行时,传热管内壁温度变化趋势与一次侧流体基本一致,外壁温度与二次侧流体温度变化趋势相同;截面平均含汽率沿传热管高度的升高呈上升趋势,出口质量含汽率与大亚湾核电厂实际运行参数相符;随负荷降低一回路出口温度基本不变,二回路出口温度升高,质量含汽率及传热系数下降,平均传热系数与Rohsenow经验关联式的计算结果基本吻合。     

不凝性气体对高温锂热管传热特性的影响研究

热管作为一种具有高热导率的传热装置,工作核心在于其内部工作流体的蒸发和冷凝。若热管工作过程中气腔内存在不凝性气体,主流区中蒸气和不凝性气体在对流运动的作用下将一起移动到气-液分界面,不凝性气体的存在阻碍了工作流体在气-液交界面处的正常冷凝。本文基于热阻网络法添加了不凝性气体区域传热模型,研究了不凝性气体对高温锂热管稳态传热特性的影响。结果表明,热管达到稳态时不凝性气体的存在缩短了热管的有效传热长度,破坏了热管的等温性和良好的传热效率。此外随着不凝性气体体积份额的增大,不凝性气体区域温度降低幅度越大;随着热管蒸发段输入功率的增大,热管正常工作区域整体温度越高,相同质量的不凝性气体占据的体积份额越小,热管壁面温度出现明显温度梯度降低的位置随着功率升高而向下游移动。     

以R134a为工质的乏燃料池非能动冷却热管实验研究

随着分离式热管不断被提出用于核电站非能动余热排出方案中,开展针对大尺度分离式热管的换热性能的实验研究变得日益迫切。为此,本文开展了以R134a为工质的304不锈钢材质的分离式热管传热特性实验研究,获得了热管整体换热性能、蒸发段内部温度分布特性,以及热源温度和冷凝段外风速对热管工作温度、换热量、换热系数和循环流量的影响。热管蒸发段内R134a经历过冷、两相和过热状态,其中两相区域较长,达6.6 m,因而具有较好的换热能力,在所研究的工况下换热量最高达21 kW。参数敏感性分析表明,热源入口温度和冷凝段风速的增大能促进热管的换热性能,特别是热源入口温度的影响更显著。冷凝段风速较小时,其对换热量的影响较为显著,然而随空气速度的增加,影响降低。此外,依据试验数据拟合得到了换热量与冷热源温差的经验关系式,能在工程应用中快速预测热管的性能。     

竖直圆管内超临界压力氟利昂传热试验研究

深入研究超临界压力下流体特殊的对流传热特性,对超临界水冷反应堆的堆芯设计至关重要。在上海交通大学SMOTH氟利昂回路上开展了压力4.3~4.7 MPa、质量流速600~2 500kg/(m2·s)、热流密度20~180kW/m2参数下的圆管内超临界上升流传热试验。远离拟临界温度区间内换热系数和Dittus-Boelter公式计算值很接近,热流密度越大,近拟临界区换热系数越小,小质量流速大热流密度下,发生显著传热恶化。加速效应无量纲数和浮升力无量纲数对传热特性显示了强烈的相关性。提出了氟利昂工质传热试验的传热恶化起始点关系式。Bishop关系式计算换热系数和试验值之间标准差很小,但整体略偏大;Jackson关系式计算值和试验值之间平均偏差很小,但标准差偏大。     

竖直环隙流道内沸腾换热启动时的动态特性

对常压下竖直环隙流道内沸腾换热启动阶段壁温的瞬态变化特性和流动不稳定性进行了实验研究。结果表明环隙流道壁温变化经历跃升回落、各截面平均温度基本不变和快速和快速升三个阶段，存在强烈的流动不稳定性和壁温波动，并伴随着局部干湿交替现象。产生流动不稳定性的主要原因是流道中间歇生成长聚合汽泡，引起介质的突然加速、停滞或倒流。影响壁温波动的主要因素有环隙宽度、加热热流密度、初始水温、进出口附近大容积液体的过冷     

环形通道内定位格架对超临界水传热的影响

定位格架对棒束内流动传热具有极重要的影响,目前定位格架对超临界水传热的影响仍无相应的试验数据。本文基于上海交通大学完成的超临界水在环形通道内的对流传热试验,评价了传统定位格架对下游传热系数衰减关联式的适用性。试验结果表明,定位格架的面积阻塞比对格架下游传热系数衰减规律有很大影响;在超临界压力与次临界压力条件下,定位格架下游传热系数衰减规律也有较大的差异。     

高温热管内钠蒸发冷凝特性分子动力学研究

高温钠热管是热管堆中进行非能动热量传输的核心部件。为深入理解热管内工质钠的蒸发机理及气液交界的传热传质特性,用分子动力学软件LAMMPS模拟了600 K下钠的蒸发,统计了质量调节系数,定为0388 7。随后变更壁温,打破体系内热质输运平衡,进行非平衡态模拟,观察液膜变化,求解气液交界处的净蒸发通量和换热系数。结果表明,9～10 ns后,底部的液膜厚度、气液交界处的净蒸发通量及换热系数分别在01～052 nm、003～007 kg/(m2·s)、22～39 kW/(m2·K)范围波动,此时上部液膜厚度在6 nm左右,其气液交界的净蒸发通量在10-4量级,换热系数为0028 kW/(m2·K),至末期降为0003 5 kW/(m2·K)。本文为钠热管启动阶段的数值模拟提供了参考。     

Analysis and Optimization Laminar Viscous Flow Through a Channel

Optimizing of laminar viscous flow through a pipe by two dimensionless values is investigated analytically. Dimensionless entropy generation and pumping power to heat transfer rate ratio are used as basis for constant viscous and the temperature dependence on the viscosity. For this matter we calculate entropy generation and pumping power for a fully developed in a pipe subjected to constant wall temperature for either constant viscosity and the variable viscosity. The variation entropy generation increase along the pipe length for viscous fluid is drawn, either the variation summation dimensionless entropy generation and the pumping power to heat transfer rate ratio are varying the fluid inlet temperature for fixed pipe length and are varying pipe length for fixed fluid inlet temperature are drawn. For low heat transfer conditions the entropy generation due to viscosity friction becomes dominant and the dependence of viscosity with the temperature becomes essentially important to be considered.