起伏振动下倾斜管内单相流流动阻力特性分析

起伏振动状态下单相流流动阻力的正确计算对漂浮核电站的安全性有显著影响。实验研究了不同起伏振动工况和流动工况对倾斜圆管通道内单相水摩擦压降的影响,提出了方便计算的振动摩擦阻力系数。结果表明,振动摩擦压降大于稳定状态的,并呈周期性波动,波动周期与振动频率一致。振动摩擦阻力系数平均值随雷诺数和倾角的增大而减小,随管径和振动频率的增大先增大后减小,随振幅的增大而增大。通过实验数据拟合得到起伏振动下倾斜管内单相水振动摩擦阻力系数计算经验关系式,计算结果与实验结果吻合较好,为起伏振动单相水流动阻力的计算提供了新思路。     

摇摆状态下竖直管内单相水阻力特性实验研究

在3种不同摇摆周期(5s、10s、15s)、2种不同摇摆角度(10°、20°)的情况下,分别对3种不同管径(15mm、25mm、34.5mm)的竖直光滑有机玻璃管管内单相水的阻力特性进行了实验研究.经实验研究发现,试验段内的摩擦阻力系数随时间变化有明显的周期性,雷诺数增加导致摩擦阻力系数的波动幅值降低、平均值减小,管径越粗使得摩擦阻力系数λ的波动幅度越大.在任意时刻,摩擦阻力系数的瞬态值随周期的变长而增加,但是摇摆角度的变化对摩擦阻力系数的影响不是很显著.     

起伏非线性振动下倾斜上升管内气液两相流流型转变分析

本文对不同起伏非线性振动条件下倾斜上升管内气液两相流流型及转变规律进行实验研究,借助高速摄影仪对起伏非线性振动状态下气液两相流的流型进行分类。结果表明,倾斜上升管气液两相流有弥散泡状流、起伏弹状流、准弹状流和液环式环状流4种。对弥散泡状流向起伏弹状流和准弹状流向液环式环状流的转变机理进行分析,在稳定状态转变机理的基础上引入振动参数,建立了考虑振动加速度的关系式。本文建立的流型转变关系式与实验结果吻合较好。     

多孔介质内单相流阻力特性

研究了高雷诺数条件下多孔介质内单相流阻力特性.采用孔隙有效雷诺数(Re)修正了惯性项系数Rf的表达式,得到多孔介质中单相流阻力关系式,对影响多孔介质内单相流阻力特性的因素进行了分析.试验结果表明,惯性项系数Rf与渗透率K、孔隙率ε和Re有关.     

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。     

竖直管内两相流逆向流动特性研究

实验发现在竖直管内两相流逆向流动过程中,由于气体的入口条件不同、淹没开始点可能出现在气相的入口处,也可能出现在出口处。由于出现的位置不同,淹没开始点所对应的气、水之间的关系式也不一样。这一实验结果对进一步研究淹没开始的机理有重要意义。根据两相流的流动特性,分析了出现这种现象的原因,提出应采用不同的关系式计算这 两种不同的淹没开始点。     

多孔介质通道中单相流阻力特性数值模拟

以流体分析软件Fluent6.3为平台,建立了颗粒填充多孔介质通道内单相流体的流动阻力预测模型。结果表明:该预测模型具有较高的计算精度,对于无量纲直径D=0.16、0.1和0.04的多孔介质通道,预测值与实验值间的相对偏差分别小于5%、7%和7%;流动阻力随D的增大而减小;对于多孔介质中单相流体的压降,现有模型中的惯性阻力修正系数CF对计算结果的影响显著,不能对阻力压降进行很好地预测。     

多孔介质通道内单相流阻力特性数值研究

采用Brinkman-Darcy-Forchheimer模型对各向同性、饱和均匀多孔介质通道内单相流体的绝热流动阻力进行了数值模拟.结果表明:在多孔介质中,对于单相流体压降,现有模型可以较好地进行预测.其中损失系数Kloss对流动阻力影响很大;高雷诺数(Pe)下需考虑Re对Kloss的影响;随着无量纲直径D的增大,流动阻力减小.     

摇摆运动下窄矩形通道单相瞬变流动时均阻力特性研究

对摇摆运动下窄矩形通道低流速单相瞬变流动时均阻力特性进行实验研究。实验工质为去离子水,窄矩形通道当量直径为5.39 mm,雷诺数范围为800～20000,瞬变流动流量相对波动幅度超过30%。通过2种方法计算得到摇摆运动条件下流动时均阻力系数。分析结果表明:使用不同的方法计算得出的时均阻力系数在层流区的变化规律不同,不同的方法表征不同的物理意义。若先根据达西公式求瞬时阻力系数再对其求时均值,该时均值表征时均粘性耗散;而采用先求压差、流速均值后再根据达西公式计算阻力系数时,该阻力系数表征时均摩擦阻力压降。     

二维孔隙结构内单相流动阻力特性数值模拟

利用计算流体力学(CFD)商业软件CFX 10.0,采用标准k-ε、RNG k-ε以及SST模型3种不同的湍流模型,对矩形管内球形颗粒作2维有序排列所形成的孔隙流道的等温单相流动进行数值模拟,并与Ergun关系式预计值进行对比;探讨球形颗粒的排列方式、直径等对单相流动阻力的影响;研究矩形管内单位长度压降及阻力系数随孔隙雷诺数Re的变化规律(1.5≤Re≤1497)。     

倾斜管内上升泡状流界面参数分布特性实验研究

采用双头光纤探针对倾斜圆管内空气-水两相泡状流界面参数分布特性进行了实验研究,包括局部空泡份额、气泡通过频率、界面面积浓度及气泡当量直径径向分布特性。实验段内径为50 mm,液相表观速度为0.144 m/s,气相表观速度为0~0.054 m/s。结果表明倾斜管内向上泡状流气泡明显向上壁面聚集。局部界面浓度、空泡份额及气泡通过频率径向分布相似。倾斜条件下局部界面参数分布下壁面附近峰值相对于竖直状态被削弱甚至消失,上壁面附近峰值被加强,中间区域从下壁面往上逐渐增大,且随倾斜角度的增加变化更加剧烈。气泡等价直径随径向位置、气相速度及倾斜角度的不同无明显变化,气泡聚合和破碎现象较少发生。通过气泡受力分析解释了倾斜对泡状流局部界面参数分布的影响机理。     

起伏振动状态下倾斜管气液两相流型实验研究

在起伏振动状态下对倾斜管内气液两相流进行了实验研究。将振动装置与两相流实验回路相结合,改变管道倾角和振动频率、振幅,分析其对流型转变的影响。研究发现振动条件下的流型与稳态下相比有较大区别,通过对流型分类发现两种新流型为珠状流、起伏弹状流。绘制流型转换边界图结果表明,倾角的增加使起伏弹状流在流型图中的区域扩张,其他流型的区域相对减小。振动频率和振幅对流型转换边界的影响相似,振动频率和振幅增加会使珠状流和准弹状流区域有所增加。3种变化因素中振动频率对流型转变的影响最大。     

倾斜管内汽水两相流传热恶化区传热特性的研究

本文研究了φ32mm×3mm,倾角为14°和10°的不锈钢管内沸腾传热恶化特性。针对流动不均匀性,讨论了各参数沿周向分布的不均匀性,提出在整个传热恶化区域,存在两种不同的传热恶化机理,基于传热与流型有关的设想,首次采用两相折算流速来整理传热恶化数据,获得了折算流速与最大内壁超温峰值的关系曲线。实验研究证明,用两相折算流速来整理数据,不仅“浓缩”了数据,而且揭示了各运行参数间一些新的规律。     

摇摆条件下单相水强制循环阻力特性实验研究

常温常压下,以去离子水为工质,对摇摆条件下当量直径为5.58mm的有机玻璃矩形通道内流动阻力特性进行了实验研究。结果表明：摇摆条件下摩擦阻力系数随时间周期性波动,波动周期等于摇摆运动周期。雷诺数越小,摇摆运动的周期越小,最大摇摆角度越大时,实验段摩擦阻力系数波动幅值越大。通过π定理推导和大量实验数据的拟合,得到了计算摇摆条件下瞬态摩擦阻力系数的经验关系式。     

摇摆状态下窄通道内单相阻力特性实验研究

在3种不同摇摆周期(8、12、16s)和3种不同摇摆角度(10°、15°、30°)下,对内壁光滑的窄矩形通道内的单相阻力特性进行了实验研究。经实验研究发现,摩擦阻力系数随时间变化有明显的周期性。雷诺数越大,摩擦阻力系数的波动幅值越小,平均值也越小。在任意时刻,摩擦阻力系数的波动幅值随摇摆角加速度的增大而增大。     

倾斜条件下强迫流动的传热特性研究

对倾斜条件下圆管内强迫流动的传热特性进行实验研究及数值分析。实验结果表明,对于单相流动,在浮力的作用下圆管内的传热呈现非对称状态;圆管上侧传热减弱,壁温升高,而圆管下侧传热增强,壁温降低。数值模拟的结果也是如此。以此为基础,提出引入倾斜条件下传热的修正因子,可以较好地预测倾斜条件下单相对流传热的变化幅度。对两相流动中的汽泡进行受力分析,揭示倾斜条件对两相传热影响不大的原因。     

脉动流条件下棒束通道阻力特性研究

受海洋条件影响,浮动核反应堆（FNR）回路冷却剂会发生周期性流量波动现象,影响系统热工水力特性。为研究这一现象,对脉动流条件下5×5燃料棒束的阻力特性进行了试验研究。试验的周期平均雷诺数Re_ta＝0.8×10³～9×10³,脉动幅值Au＝0.2～0.8,无量纲频率ω′^1/2＝1.26～2.81。试验结果表明：脉动流条件下流体加速会导致瞬时阻力系数大于对应雷诺数的稳态值,减速会使瞬时阻力系数小于稳态值,且这一偏离值随流体流速的减小而增大。此外,在脉动流过程中,周期平均摩擦阻力系数λta和局部阻力系数kta都大于对应平均雷诺数下的稳态值。通过提出无量纲参数C_f＝λ_ta/λ_st和C_sg＝k_ta/k_st来评价脉动流对周期平均阻力系数的影响。C_f和C_sg随Au和ω′^1/2的增加而增加,随Re_ta的增加而减少。且在相同的脉动流参数下,C_sg小于C_f,说明流体波动对定位格架局部阻力的影响较小。最后,通过量纲分析,根据阻力系数的变化规律建立了预测λta和kta的计算关系式,得到了较好的预测结果。     

扁管流道流动阻力特性研究

文章以水为工质,对扁管流道的阻力特性进行了实验研究和理论分析,推导出层流区的阻力系数近似解,并拟合了紊流区的经验关系式。结果表明,扁管流道的摩擦阻力系数变化趋势与普通的圆管流道相同,但在数值上明显高于后者,流态转换区域也较圆管滞后。本文推导出的摩擦阻力系数理论计算式和拟合的经验关系式均有较高的计算精度,计算值与实验值间的相对偏差均在4%以内。     

自然循环流动阻力系统特性研究

研究了闭式自然循环实验回路单相流动阻力的系统特性。结果表明：在本文的实验参数范围内，以一维充分发展强迫流动关系式为基础的计算结果与实验结果相比有一定的偏离，这与ＲＦＬＡＰ５／ＭＯＤ２程序对ＬＳＴＦ等装置及ＤｏｅｌＰｌａｎｔ的分析结果基本一致。建立了自然循环流动阻力系统特性的归一化分析数学模型对实验数据进行归一化分析，得到了一组新的自然循环系统等效摩擦阻力系数的经验关系式。本文较大地拓宽了该基础研究领域的实验数据范围，从系统的角度确证了自然循环与强制流动存在的差别并分析其机理成因，结论可供先进反应堆的研究和设计参考。     

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。