矩形窄缝通道流动不稳定起始现象实验研究

以去离子水为工质,在P=1～15 MPa,G=50～2000 kg/(m2·s),△Tsub,in=20～100 ℃,q=40～1000 kW/m2的参数范围内,实验研究了1000×25×2 mm矩形窄缝通道内工质向上流动时,重要热工水力参数对通道流动不稳定起始点(OFI)的影响特征.得到了OFI点与系统参数(包括系统压力、入口过冷度和热流密度)之间的关系;讨论了OFI点与出口热平衡含汽率之间的关系.用St数和Pe数建立了适合于本实验参数和相近条件下的流动不稳定起始点计算关系式:当热流密度低于400kW/m2时,其预测偏差在±30%以内;热流密度高于400kW/m2时,其预测偏差在±10%以内.用OFI点的热流密度与出口达到饱和时的热流密度之间的关系拟合得到经验关系式:当热流密度低于400kW/m2时,其预测偏差在±15%以内;在热流密度高于400kW/m2时,其预测偏差在±5%以内.     

窄矩形通道自然循环流动停滞与临界热流密度研究

在华北电力大学自然循环实验室进行了自然循环条件下窄矩形通道内的临界热流密度(CHF)实验,对实验中出现的流动停滞及传热恶化现象进行了观察。提出自然循环饱和沸腾条件下,窄矩形通道内的流动停滞-传热恶化发生机理。即自然循环流量漂移发生后会产生流型变迁不稳定,继而造成流量的持续波动,并导致停滞现象,从而使出口附近的液膜层在一定的热流密度下被完全蒸发并引起CHF现象。而窄矩形通道内,由于受间隙尺寸的限制,蒸汽流对加热面上的液膜层产生挤压作用,加热面上液膜层厚度因此会变得较薄,在较小的加热量下便能发生传热恶化。基于机理分析,给出了相应的计算模型。引入了考虑窄通道间隙尺寸效应的无量纲约束数Nconf和反映自然循环流动特点的特征因子C,分别对模型进行了修正。根据实验结果,对计算模型进行了多元回归拟合,并对其准确性进行了验证。通过对实验结果与模型计算值的比较发现,随着通道入口流速和系统压力的增大,CHF均增大;而随着出口干度的增大,CHF会减小。     

两相自然循环密度波不稳定性的实验研究

在自然循环水回路上进行了两相流密度波不稳定性的实验研究，得到了不同工况下的实时脉动曲线。分析了系统压力、质量流密度、进口欠热度对系统稳定边界的影响。得出了用无量纲量相变数Ｎｐｃｈ、欠热度数Ｎｓｕｂ、弗劳德数Ｆｒ表示的系统稳定边界图及稳定性判别准则式。     

起伏条件下自然循环密度波不稳定性研究

以自编程序运动条件下自然循环分析程序PNCMC研究起伏条件下两相自然循环密度波不稳定性。研究表明:起伏条件下自然循环系统会发生密度波流动不稳定性现象,起伏引起的流量振荡动与密度波振荡相叠加,最终形成复杂的复合振荡;在长周期(13、23 s)起伏时流量的振荡周期与起伏周期相等,但一个起伏周期内存在多次振荡;在短周期(3 s)起伏时,复合振荡存在着2种状态,低功率时的复合振荡周期性差,表现出不可预测的在某个起伏周期内振荡的突然增强;高功率时,复合振荡表现出较好周期性;起伏条件下系统稳定边界是整体上移,而且周期越小,上移量越大。     

矩形窄缝通道临界热流密度数值预测

利用已有的实验数据对Weisman模型和Kwon模型的计算结果进行计算与分析.结果表明:2套模型计算偏差分布趋势相似,但Kwon模型的分散度较小,精度更高.对于矩形窄缝通道,已有的汽泡壅塞模型预测精度较差;不宜将汽泡壅塞模型直接用于矩形窄缝通道.结合矩形窄缝通道自身的特性对其中的Kwon模型进行了拓展.改进后的模型具有...     

不对称加热矩形窄缝通道临界热流密度研究

以氟利昂12为冷却介质,对4种加热比条件下的矩形窄缝通道双面不对称加热工况下的临界热流密度(CHF)进行实验分析,获得各种工况下CHF与冷却剂质量流速、入口过冷度、出口含汽率的关系。实验结果表明:低含汽率下,CHF随加热比的增加而增加,随着含汽率的增加,不同加热比的实验通道内CHF差异减小;高含汽率下,CHF随加热比变化趋势与低含汽率的相反。     

矩形窄缝通道内流动不稳定起始点计算模型评价

以未除气去离子水为工质,在P=1～15 MPa,G=500～2 000 kg/(m2 · s),ΔTsub,in=20～100 ℃,q=40～1 000 kW/m2的参数范围,以1 000 mm×25 mm×2 mm矩形窄缝通道内垂直向上流动条件下流动不稳定起始点的实验数据为依据,对Saha-Zuber,Levy,Bowring等人提出的预测OSV点关系式和Whittle & Forgan,Lee & Bankoff,Kennedy等人提出的预测OFI点关系式进行了对比分析.结果表明:建立在过冷沸腾基础上的这些预测关系式对OFI点的预测偏差大部分在±20%以内,而其预测结果在低热流密度下低于实验值,在高热流密度下预测结果高于实验值.同时,基于实验数据建立了一个流动不稳定起始点的计算关系式:qOFI=1.95,其预测偏差在±15%以内.与其它实验数据的对比结果表明:本文得到的关系式对其它通道也具有比较好的适用性.     

矩形窄缝通道内单相强迫循环传热特性分析

对冷却剂平均温度恒定运行模式下矩形窄缝通道内的传热特性进行实验及理论分析。结果表明,在层流区,壁面与流体的传热温差随着雷诺数线性增长,而在紊流区,雷诺数变化对传热温差的影响非常小。通过分析传热机理分别解释了上述现象;出、入口流体温差越大,努赛尔数越小,出、入口流体温差影响换热特性的主要原因是改变了粘性底层中热阻所占的比例。     

矩形并联多通道密度波不稳定实验

采用2个相同的矩形加热通道和1个不受热大旁通通道构成实验段,在高温高压实验台架上对并联多通道流动不稳定性进行系统的实验研究.主要研究系统压力、质量流速和入口过冷度对流动不稳定性的影响.以并联多通道发生流动不稳定时矩形通道热工参数为基准绘制过冷度数-相变数(Nsub-Npch)边界图,并将其与矩形双通道流动不稳定边界进行...     

矩形窄缝通道轴向非均匀加热临界热流密度实验研究

对矩形窄缝通道轴向非均匀加热临界热流密度进行了研究.轴向加热方式为光滑的截尾余弦型,流动工质为去离子水.实验结果证明轴向非均匀加热临界热流密度低于轴向均匀加热临界热流密度.实验数据分析采用"F修正因子法",得到了轴向非均匀修正因子的半经验关系式.将该修正因子关系式同国际上已有的各种修正因子进行了比较分析,证明本文得到的修正因子预测的矩形窄缝通道轴向非均匀加热临界热流密度值更准确.     

基于RELAP5的单通道自然循环流动不稳定性分析

针对某一自然循环实验,利用RELAP5程序对其建模,并进行数值分析,得出了该系统的流动不稳定性边界。对不同压力和不同上升段结构尺寸下的流动不稳定性边界及流量振动曲线进行了比较,分析了原因。最后,讨论了欠热沸腾对自然循环流动不稳定性的影响。研究结果可为自然循环系统的工程设计提供一定的借鉴。     

平行通道密度波不稳定性研究

本文针对套管式直流蒸汽发生器传热管环隙窄缝通道的流动,采用RELAP5程序对强迫循环并联通道的流动不稳定现象进行研究,指出在进口欠热度较低的条件下,并联通道系统会发生两种完全不同的不稳定现象,即同相密度波不稳定性和管间脉动不稳定性。对密度波不稳定性的发生条件进行研究,在较大的参数范围内确定了各系统参数的影响规律,最终得出流动不稳定边界。并对不同流量条件和不同压力条件下的不稳定性区间进行了比较。     

细长自然循环系统流动不稳定性实验研究

以水为工质,在常压下对拥有细长回路和较长水平段的自然循环系统进行可视化实验研究,并以典型的实验现象（ P =1.46 kW）为例分析该系统的瞬态运行特性和不稳定性机理。结果表明：阻力系数较大的细长自然循环回路难以产生有效的单相自然循环,只能通过间歇性沸腾和两相流动将热量导出。这是因当回路阻力较大时,过冷沸腾产生的驱动力无法驱动回路产生有效的自然循环,而只有当加热段内流体发生饱和沸腾时才能驱动系统产生循环流动。较大的回路阻力和沸腾过程中产生的系统降压闪蒸是细长自然循环系统难以维持稳定的流动驱动压头从而产生间歇性沸腾和强烈流动不稳定性的根本原因。     

自然循环棒束形通道流动不稳定性起始点研究

针对自然循环条件下3×3棒束形通道内流动不稳定性起始点（OFI）进行了实验和RELAP5数值模拟研究。通过对实验数据进行处理,得出了计算自然循环条件下棒束形通道内OFI对应的热流密度的经验关系式,计算的最大相对误差为20.10%。运用驱动力方法分析了OFI的产生原因,计算结果表明：棒束形通道加热段出口处因过冷沸腾产生气泡,使得自然循环冷热段密度差大幅增大,进而使总驱动力增大,最终促使了OFI的产生。RELAP5对于低压自然循环OFI计算适用性好,其对OFI的计算结果较实验结果更不保守。     

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。     

欠热沸腾诱发自然循环不稳定性的研究

以最佳估算程序RELAP5为基本分析工具,对自然循环系统进行数值分析,得出了不同条件下系统的不稳定性边界。研究发现自然循环对过冷沸腾有一定的承受能力,不稳定性一般发生在低欠热沸腾区,气泡脱离壁面和凝结时的扰动可能是自然循环系统不稳定性的诱因,系统驱动力、阻力和流量之间的相位差使振荡得以维持和发展。     

Characteristics of Type-I Density Wave Oscillations in a Natural Circulation BWR at Relatively High Pressure

Experiments were conducted to investigate two-phase flow instabilities in a boiling natural circulation loop with a chimney at high pressure. The SIRIUS-N facility was designed to have non-dimensional values which are nearly equal to those of a typical natural circulation BWR. The observed oscillations are found to be density wave oscillations, since the void fractions in the chimney inlet and exit are out of phase. They belong to the Type-I category, since they occur at low flow qualities, according to the Fukuda—Kobori's classification. Moreover, the oscillation period correlates well with the passing time of bubbles in the chimney section regardless of the system pressure, the heat flux, and the inlet subcooling. Two distinct phenomena are found in relation between the oscillation period and liquid passing time in the chimney, indicating that the driving mechanisms of the instabilities are different between low and high pressures. Stability maps were obtained in reference to the inlet subcooling and the heat flux at the system pressures of 1, 2, 4, and 7.2 MPa. The flow became stable below a certain heat flux regardless of the channel inlet subcooling. The stable region enlarges with increasing system pressure. Thus, the stability margin becomes larger in a startup process of a reactor by pressurizing the reactor sufficiently before withdrawing the control rods. The obtained stability map demonstrates that the nominal operating condition of the ESBWR has a significant stability margin to the unstable region.     

摇摆条件下自然循环流动不稳定性的混沌特性研究

对摇摆条件下两相自然循环系统不规则复合型脉动进行了非线性时序分析。通过相空间重构计算了不规则复合型脉动时间序列的关联维、K₂熵和最大Lyapunov指数值,在几何不变量的计算结果基础上,结合密度波型脉动和波谷型脉动的对比,分析了不规则复合型脉动的混沌特征和产生机理。分析结果表明：不规则复合型脉动为典型的混沌运动,热驱动力、流动阻力和摇摆引起的附加外力的相互作用和耦合导致了混沌的出现。     

倾斜及摇摆条件下窄通道内汽泡密度变化研究

通过可视化方法研究了窄通道内发生过冷沸腾时汽泡密度在摇摆与倾斜工况下的变化。图像统计结果表明：在摇摆过程中,汽泡密度呈周期性波动。通过数据对比发现：随着摇摆周期的减小,汽泡密度波动幅值逐渐增大,但波动形式无明显变化;随着摇摆角度的增加,汽泡密度有所下降,但波动形式不变。正角倾斜时,汽泡密度随角度的增大而逐渐减少;负角倾斜时,随角度的增加汽泡密度出现先减后增的现象。摇摆条件下最大角度处汽泡密度与对应角度下倾斜时的汽泡密度接近。     

沸腾两相自然循环系统动态不稳定性的数值分析

在先进核反应堆中 ,为克服沸腾两相自然循环系统沸腾起始点和干涸点等突变点处的数值稳定性问题 ,本工作在EICE算法 (extendedimplicitcontinuous fluideulerianmethod)基础上发展了数值仿真算法AEICE ,对可能存在的两相自然循环系统的动态稳定性进行了分析。分析结果表明 :增大系统压力和增加入口欠热度均将增大两相自然循环系统的稳定区域。经比较 ,计算结果与实验数据符合较好