摇摆对单相强制循环层流阻力特性的影响

为揭示不同驱动压头下摇摆运动对单相流动特性的影响机理,对摇摆条件下矩形通道内单相水层流阻力特性进行了理论和实验研究.实验结果表明,摇摆条件下流量波动幅值随驱动压头增加而迅速减小,当驱动压头大于附加压降幅值的10～11倍时,流动最终趋于稳定.驱动压头较低时,摇摆条件下瞬时摩擦压降与流量存在相位差,且不能采用稳态关系式预测.驱动压头较高时,摇摆条件下瞬时摩擦压降不波动,可采用稳态关系式计算.通过分析速度分布,解释了不同驱动压头下摇摆运动对矩形通道内单相强迫循环摩擦阻力特性的影响机理.     

摇摆对单相自然循环系统流动特性的影响分析

针对摇摆对加热段为窄矩形通道的自然循环系统单相流动特性的影响,开展了实验研究。为了进一步分析摇摆对流动特性的影响机理,采用自主开发的系统分析程序,对实验工况下的系统行为进行了数值模拟。结果表明:在实验参数范围内,角加速度幅值是摇摆影响质量流量的本征量。当热工参数相同时,角加速度的幅值越大,摇摆运动下的时均流量与静止时的流量比值越小。基于静止条件下的阻力关系式开发的程序,可以较好地模拟摇摆条件下单相自然循环流动特性。摇摆引起的流量波动是摇摆对单相自然循环流动阻力特性影响的主要机制。     

摇摆运动条件下自然循环流动的实验和理论研究

针对摇摆运动对自然循环流动的影响，开展了实验和理论研究．实验分摇摆实验和不摇摆实验2部分，实验结果表明：摇摆造成了自然循环流量周期性波动，波动周期与摇摆周期一致，波动振幅随摇摆频率和摇摆振幅的增加而增加，同时摇摆造成了自然循环平均流量的降低．通过构建数学模型，对摇摆运动条件下的自然循环流动进行了理论计算，计算结果和实验结果符合良好．同时，分析了摇摆对自然循环影响的机理，结果表明，流动阻力系数的增加是造成自然循环平均流量降低的主要因素．     

摇摆运动时窄矩形通道内两相流动阻力特性实验研究

摇摆运动作为一种典型的海洋条件,会对管内的气液两相流动过程产生较大影响.通过摇摆条件下空气-水在窄矩形通道内流动阻力特性的实验,研究摇摆运动对两相流动过程的影响.实验在常温常压条件下进行,通道尺寸为40 mm×1.6 mm,摇摆角度分别为10°、15°和30°,摇摆周期分别选为8、12、16 s.实验结果表明,摇摆条件下瞬态摩擦压降的变化具有明显的周期性,摇摆周期越小,摇摆振幅越大,即摇摆运动越剧烈,摩擦压降的波动幅度也越大;摩擦压降波动幅度随着含气率的增加而增加,随着流速的增加而减小.     

周期力场下窄通道内汽泡滑移实验研究

为了探索海洋条件下的沸腾换热机理,完善海洋条件下两相流动模型,采用高速摄影设备对摇摆状态周期力场下矩形窄通道内的汽泡滑移进行了实验研究。实验结果表明,在摇摆运动的影响下,汽泡的滑移速度发生了周期性波动,波动的周期与摇摆运动周期基本一致;摇摆运动所引起的附加惯性力以及系统流量的波动对汽泡滑移速度波动影响不大,摇摆运动所引起的汽泡直径变化是影响汽泡滑移速度波动的主要原因。     

摇摆条件下窄通道内单相水流态转捩特性

矩形窄通道广泛应用于紧凑式换热器中,其内单相流动流态转捩特性会受到摇摆运动的影响.结合流迹显示技术,对摇摆条件下矩形窄通道内单相水从层流向湍流转变临界点附近的流动特性进行了实验研究.结果表明稳态条件下临界Re为2 550左右.摇摆条件下当Re小于2 400时,流态显示为稳定的层流,Re大于3 500时,流态为湍流,摇摆对稳定的层流区和湍流区流态没有影响;Re为2400～3 500之间时流动处于过渡区,摇摆对其流态转变有一定影响.在临界点附近摇摆振幅越大,流态转捩越容易发生;摇摆周期对流态转捩影响很小.摇摆运动改变系统重位压降及产生附加压降,从而对流态转捩的影响不可忽视.     

起伏强度和周期对自然循环流动特性的影响

为了研究起伏运动对自然循环流动特性的影响,针对以5 MW低温核供热堆(NHR)为基础建立的自然循环试验回路,自行开发计算程序研究起伏强度和周期对自然循环流动波动、加热段出口过冷度以及换热器二次侧出口过冷度的影响。建立数学模型,坐标系固定于试验本体上,采用流体相对速度,将起伏条件下自然循环问题转化为非惯性参考系问题,考虑起伏运动引入附加力对自然循环的影响,在重力g的前面乘一个随时间变化的系数(1-k·sin(ωdt))。计算结果表明:起伏强度k越大,流量和温度波动越大;起伏周期T越大,流量波动越大且呈现出明显的非线性波动,大周期的起伏运动可能造成加热段出口出现饱和甚至沸腾的情况。对起伏运动影响自然循环机理的分析表明:起伏引入的附加作用力和重力一起构成一个交变力场,在有密度差的情况下形成自然循环驱动力,从而引起自然循环流动。     

窄环形通道ONB发生机理的热流体理论分析

针对窄通道内过冷沸腾起始点(ONB)发生特点较难把握的问题,基于热流体理论所描述的热阻力和热绕流机制,对不同循环方式下窄环形通道内ONB的发生机理进行研究.研究表明:热阻力的增加可能延缓ONB的发生;热绕流的增加可能提早ONB的发生.热阻力和热绕流是相互依存而生的,通道结构、具体流动特性的综合影响决定了其作用是提早还是延缓ONB的发生.通过适当的窄环形通道自然循环和强迫循环流动模型,分析了入口过冷度和压力等参数对ONB点发生的影响.研究发现:随着质量流量和压力的分别提高,自然循环和强迫循环窄环形通道的ONB点发生都会推迟;随着入口温度的提高,自然循环和强迫循环ONB点均提前;而当质量流量、入口温度和压力分别改变时,自然循环ONB的发生都要早于强迫循环.     

摇摆状态下竖直管内单相水摩擦压降特性分析

对摇摆状态下,3种不同管径(15,25,34.5 mm)的光滑有机玻璃管管内单相水的摩擦压降特性进行分析.与传统的稳定状态下的经验公式值进行对比,发现摇摆状态下的摩阻系数随时间变化有明显的周期性,而且远远大于传统经验公式计算值.通过对摇摆状态下单相水的运动分析,并在结合实验数据以及综合考虑各影响因素的基础上,给出了摇摆状态下摩阻系数的计算关系式,与传统的Blasius和Niklaus经验公式相比,计算值与实验值符合较好.     

摇摆条件对反应堆及破口时水力学特性的影响

传统的热工水力系统程序难以对海上反应堆进行模拟计算和安全分析。通过在动量方程中增加附加力模型,并基于摇摆对系统各控制体的影响,修改了程序模型坐标,实现了程序的二次开发;对二环路小堆进行简化设计和建模,并分析了摇摆振幅和周期对海洋小堆水力学特性的影响。对两种尺寸破口事故进行了摇摆时的模拟和分析,结果显示,摇摆会造成流量周期性变化且有相位差,破口时摇摆带来的周期附加力会对原流量进行补偿或叠加。     

地震动摇摆分量获取方法及验证研究

为获取可用于一般研究的摇摆分量,提出了一种改进的波动理论法由地震平动分量获取摇摆分量,并利用密集台阵数据验证。改进的波动法首先通过波动理论建立计算方程,再利用谱比法确定方程中主要参数,最终通过波动理论方程由地震动平动分量求解摇摆效应。将改进的波动法获取的摇摆分量和由两点差法从密集台阵数据中获取的摇摆分量进行对比。结果显示:时域和频域内,两种方法获取的摇摆分量在幅值和变化程度上吻合良好,从而表明利用改进的波动法获取的摇摆地震动具有足够的准确性,密集台阵记录数据亦可为其他地震动摇摆分量获取方法的验证提供依据。     

循环荷载下桩网复合地基受力变形模型试验研究

采用缩尺比例为1∶10的桩网复合地基模型,对循环荷载下软土地区桩网复合地基的受力变形特性进行试验研究。通过试验分析了循环荷载幅值、频率以及土工格栅层数对循环荷载下软土地区中桩网复合地基受力变形特性的影响,并结合曲线拟合方法探讨循环荷载下桩网复合地基中桩基的桩端阻力、桩侧总摩阻力与沉降变化之间的关系。研究结果表明：桩网复合地基沉降在循环荷载作用初期时发展速率较快,增加荷载幅值和频率会增大沉降,而上层格栅的加入能减小沉降。循环荷载下桩身轴力随桩深的增加先增大后减小,桩网复合地基桩身轴力随循环荷载幅值、频率和土工格栅层数的增大而增加。桩端阻力会随着地基沉降的发展而增大,桩侧总摩阻力则随着地基沉降的发展逐渐减小,不同荷载幅值、频率及土工格栅层数下桩网复合地基中的桩端阻力与桩侧总摩阻力随沉降的变化规律可分别用幂函数和多项式函数描述。研究结果可为软土地区高速公路设计与施工提供一定依据。     

AZ91D应变状态下低周疲劳行为的研究

对AZ91D镁合金进行了应变控制单轴加载的低周疲劳试验研究,结果表明：AZ91D镁合金在低周载荷下,当循环应变幅值小于0．4％,材料表现出循环软化．随着循环应变幅值的增加,材料表现出明显的循环硬化现象;且随着应变幅值的增加材料的附加强化程度增大．当总应变幅大于1．0％,曲线的斜率基本不变,即循环应变硬化率大致相同．应变幅值对材料低周疲劳寿命有较大影响,随着应变幅值的提高,疲劳寿命降低．运用Coffin-Manson公式进行寿命预测,在高应变幅值下有较好的一致性．     

矩形虹吸管单相自然循环的传热研究

针对半导体致冷器热端的散热，介绍了一种矩形虹吸管回路中单相液体（丙酮）自然循环传热的数值计算和实验研究结果。结果表明，对不同散热量（≤３０Ｗ）、不同管材（铝、玻璃）、不同加热段高度的条件下，回路管壁壁温的计算值与实验值吻合得很好。     

水平微通道内油水两相流压降实验研究

测试了油相及水相流体在水力学直径为895 μm的矩形铜基微通道内的单相及两相流摩擦压降,并将实验数据与已有的单相及两相流摩擦压降预测模型进行对比。主要考察油相、水相质量通量及两者比率对摩擦系数及压降的影响。结果表明,油的摩擦系数显著高于水的摩擦系数,Hagen?Poiseuille方程能够准确预测微通道内油或水的单相流体压降;油相及水相质量通量均显著影响液?液两相流压降,油水两相流体流量越大,油相含量越高,两相摩擦压降越高;Cicchitti模型能够相对准确地预测油水两相流体混合黏度。为提升预测准确度,建立了油水两相流摩擦系数预测关联式,预测值与实验值吻合较好。     

干湿循环作用下膨胀土表观胀缩变形特性

为揭示不同上覆压力及含水率幅值条件下膨胀土胀缩特性及表观不可逆变形,开展了干湿循环作用下膨胀土表现胀缩变形特性试验研究.从微观的角度分析了膨胀土吸水膨胀、失水收缩的特性及产生裂隙的原因;探讨了不同压力及含水率循环幅值条件下,膨胀土试样高度、相对膨胀率、相对线缩率、随含水率及循环次数的变化关系以及试样表观相对不可逆变形量与累计不可逆变形量随循环次数的变化关系.研究结果表明:膨胀土吸水膨胀失水收缩是土颗粒间水体变化叠加的直观反应,也是土体内部产生裂隙的主要诱因;膨胀土失水收缩过程中,基质吸力以最大程度限制含水率减小的方式逐渐增大;不同压力作用下,试件高度随含水率呈线性变化关系,而无压力作用下的变化关系波动较大;随着循环次数的增加,膨胀土相对膨胀率逐渐减小,而相对线缩率先增大后减小,且上覆压力越大,相对膨胀率越低;不同含水率幅值范围内的相对膨胀率与相对线缩率随着循环次数的增加具有逐渐减小的趋势;不同压力作用下,含水率为15%时,膨胀土的累计不可逆变形随着循环次数的增加逐渐增大,而在含水率为25%时其反而逐渐减小.     

铅铋回路自然循环瞬态特性与腐蚀沉积研究

为了解决液态铅铋回路在自然循环状态下腐蚀沉积对堆内结构材料的影响问题，本文开展了铅铋回路自然循环瞬态热工水力行为分析与溶解腐蚀沉积研究。通过对铅铋实验回路进行数学建模，开发了适用于瞬态自然循环的热工水力程序和腐蚀沉积程序。进行了瞬态启动、功率阶跃等典型工况下的瞬态热工水力行为分析，以及在无氧、氧控状态下的回路腐蚀沉积分布研究。结果表明：在瞬态启动过程中，铅铋回路温度波动较大，功率阶跃与入口温度增加均会导致自然循环流量的增加；铅铋回路自然循环运行且无氧控时腐蚀非常严重，在引入氧控后(c₀=1×10^-8),最大腐蚀速率仅为无氧控时的1/1 000,并且加热功率的提高会导致回路的腐蚀沉积速率增加，无氧和氧控状态下结果一致。本文为铅铋回路安全稳定运行提供参考。     

矩阵虹吸管单相自然循环的传热研究

针对半导体致冷器热端的散热，介绍了一种矩形虹吸管回路中单相液体（丙酮）自然循环传热的数值计算和实验研究结果。结果表明，对不同散热量（≤３０Ｗ）、不同管材（铝、玻璃）、不同加热段高度的条件下，回路管壁壁温的计算值与实验值吻合得很好。     

自然循环流动沸腾逆流实验研究

为了研究加热通道中逆流的特征和机理,本文进行了低压高入口过冷度下的自然循环实验。通过采用逐渐增加实验热流密度的方法,在自然循环流动沸腾实验中识别了3种自然循环模式:稳态自然循环、流动不稳定性(无逆流)和逆流。对比实验热流密度和经验关系式计算的临界热流密度预测值,解释了逆流的机理:流动不稳定性诱发了间歇干涸型沸腾临界,间歇干涸导致了逆流的产生。分析了自然循环工况和回路结构对逆流的影响,并结合实验段出口水温波动、壁温分布和间歇干涸的发生建立了流动不稳定性工况下实验段内的流型,单相流体和两相混合物的交替通过加热段出口。本文给出不同热流密度下的自然循环模式,可为自然循环系统的设计和安全分析提供参考。     

单相-两相自然循环过渡点的实验研究

针对闭合回路自然循环单相一两相流动的过渡特性进行实验研究,结果表明自然循环流动由单相向两相过渡过程中,流量随入口温度的变化曲线存在明显的拐点,经理论分析,运用Levy模型和Saha-Zuber模型验证,证实拐点为自然循环过冷沸腾净蒸汽产生点,即单相和两相的过渡点;过渡点两侧自然循环流动的流量与入口温度呈不同的线性关系,体现了单相和两相流动的差异,净蒸汽的产生大幅度提高自然循环能力。