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...     

基于加热壁面能量平衡的窄矩形通道内CHF机理模型

窄矩形通道因具有结构紧凑、换热面积大等优点而被广泛应用于各个领域。通过完善窄矩形通道中临界热流密度（CHF）的预测方法,建立CHF机理模型,可以提高反应堆的安全性和经济性。本文对窄矩形通道内竖直向上流动CHF进行了可视化实验研究,在此基础上开发了一种基于加热壁面能量平衡的CHF机理模型,并提供一组本构关系用于封闭所开发的新模型,同时使用实验数据对新模型进行对比评价,对比结果发现,新模型在窄矩形通道中模拟结果良好,偏差基本都在±20%之间。     

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。     

窄间隙矩形通道间隙厚度对传热强化影响研究

根据窄间隙矩形通道的流道结构特点，参考圆管环状流临界热流密度（CHF）预测解析模型，得到了可以预测间隙厚度不小于0．5mm的窄间隙矩形通道内发生沸腾两相流环状流时的CHF解析模型。计算表明，当窄间隙矩形通道的进口截面宽度与间隙厚度比为25～85时，通道内的CHF值强化比较明显。根据汽-液两相介质的特点，推导出了在沸腾两相流系统中发生CHF时的传热强化判定准则。分析计算表明，这个判定准则是合理的，传热强化较好的进口截面宽度与间隙厚度比为45～75。综合两者的计算结果，窄间隙矩形通道内传热强化的参考进口截面宽度与间隙厚度比为45～75。     

矩形窄缝通道临界热流密度试验模拟体设计现状及思考

矩形窄缝通道有着比常规通道更高的功率比和更大的换热面积,被广泛应用在中小型反应堆等对体积较敏感的区域.临界热流密度作为反应堆安全限值之一,如何科学设计模拟体并通过实验给出临界热流密度预测经验关系式尤为重要.文章从模拟准则、承压设计、绝缘设计、密封设计、临界监测设计等多方面对现有矩形窄缝通道临界热流密度试验模拟体设计进行...     

不同窄缝宽度下窄矩形通道中沸腾临界可视化流型及触发机理

窄矩形通道因具有结构紧凑等优点而被广泛应用于各个领域。为完善窄矩形通道中临界热流密度（Critical Heat Flux,CHF）的预测方法,提高反应堆安全性和经济性,本文进行了不同窄缝宽度下窄矩形通道内CHF可视化试验来探索CHF触发机理。实验同步采集不同窄缝宽度下可视化结果和热工水力数据,结果发现：当窄缝宽度分别为5 mm、3 mm、2 mm和1 mm时,在发生CHF时,通道内流型分别对应泡状流、弹状流、搅混流和环状流。在发生CHF前,在泡状流、弹状流和搅混流都存在温度波动。在环状流中CHF涉及到区域由初始的干斑逐渐扩展;在搅混流时CHF涉及到的区域较小;而弹状流涉及到的区域最广;在泡状流中加热壁面温度波动频率最高。当系统压力在1～4 MPa范围内、在窄缝宽度为1 mm时,系统压力与CHF之间存在非线性关系,而在其余通道中随着系统压力增加CHF增加。因此,窄缝宽度对窄矩形通道中CHF有非常重要的影响。本文分析结果可为CHF机理模型的建立提供思路。     

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。     

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。     

矩形窄缝通道内汽泡脱离直径可视化研究

以去离子水为介质,研究热流密度、入口过冷度和质量流速等热工参数对矩形通道内汽泡脱离直径的影响。主要参数如下:主流流体流动方向分别为竖直向上和纵倾45o,压力为0.16 MPa,质量流速G=300~700 kg/(m2.s),热流密度q=27.6~228.3 kW/m2,入口过冷度ΔTsub=20~40℃。研究发现,热流密度和入口过冷度对汽泡脱离直径的影响不明显;随着质量流速的增大,汽泡脱离直径明显减小。     

窄矩形通道内过冷流动沸腾汽泡生长模型研究

采用高速摄影的方式,对不同系统压力条件下窄矩形通道内汽泡生长过程进行了可视化实验研究,分析了回路系统压力、主流过冷度、壁面过热度、主流速度等热工参数对汽泡生长的影响,并在Zuber公式的基础上建立了可满足不同实验工况的汽泡生长模型。结果表明： Ja 、Bo、Re和无量纲温度θ可较为全面地描述热工参数和流动参数对汽泡生长的影响,在其他条件相同的情况下,汽泡生长指数拟合曲线的K和n值随压力的升高明显减小;θ越大,汽泡的生长时间和所能达到的最大直径越小;在给定的参数范围内模型结果与实验结果符合较好,但由于低压条件下汽泡直径变化的随机性更强,所以模型结果与个别低压实验数据的相对误差较大。     

基于矩形窄缝通道实验数据的DNB机理模型评价

偏离泡核沸腾（DNB）对于压水堆安全具有重要意义。已有机理模型能否适用于矩形窄缝通道缺乏足够的实验验证。本文基于矩形窄缝通道实验数据,对微液层蒸干模型和汽泡壅塞模型两类DNB机理模型进行了计算评价。结果显示：汽泡壅塞模型适用范围较微液层蒸干模型宽;部分热工参数对模型计算性能有系统性影响。随空泡份额的增大,各模型的计算性能均变差,可能是通道几何差异所致。     

竖直窄矩形通道内弹状流中液膜特性研究

气液两相弹状流广泛存在于工程领域,弹状流中液膜特性对弹状流模型的建立具有重要意义。为此利用高速摄像系统,对竖直窄矩形通道(3.25 mm×40 mm)内弹状流中液膜进行了可视化研究。实验中发现窄矩形通道中气弹左右两侧窄边液膜厚度不等且存在波动,但其对两侧液膜速度影响较小,两侧液膜速度相等。液膜脱离厚度主要受两相流速及气弹长度影响。液膜脱离速度随液相折算速度增加而增大;在低液相流速时,随气相折算速度增加而减小;当液相流速≥1.204 m/s时,液膜不下落,液膜脱离速度随气相速度变化较小,主要受液相流速影响。     

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。     

窄矩形通道内脉动流过渡特性实验研究

针对光滑窄矩形通道内简谐脉动流层流-紊流（Re范围为750~4 450）过渡特性进行实验研究。研究发现,脉动流加速阶段,摩阻系数大于稳态摩阻系数,而在减速阶段摩阻系数小于稳态摩阻系数。Womersley数对层流-紊流临界Re有显著影响,在脉动流加速阶段,临界Re随Womersley数的增大而减小,而在脉动减速部分则相反。通过实验拟合出一适用于预测临界转捩点的经验公式,且与稳态有着良好的衔接。     

矩形窄缝通道内单相水流动特性研究

通过理论分析,得到了计算矩形窄缝通道单相层流摩阻系数的公式。对小高宽比矩形窄缝通道内的流动特性进行了实验研究,结果表明：矩形窄缝通道内单相摩阻系数随Re变化的曲线和圆管有相同的趋势,但圆管流动摩阻公式不适用于矩形窄缝通道。矩形通道内摩阻系数与Re和通道截面高宽比有关,通道高宽比越小,摩阻系数越大。实验结果和理论推导结论一致。从截面湿周和切向应力两方面解释了高宽比对矩形窄缝通道内单相水层流摩阻特性的影响机理。     

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。     

竖直矩形窄缝通道内近壁汽泡生长和脱离研究

可视化研究窄缝通道内汽泡生长和脱离对于揭示窄缝通道内的沸腾传热机理具有重要意义。本文采用高速摄影仪从宽面和窄面可视化观察了常压条件下矩形窄缝通道内汽泡核化生长和脱离规律。研究结果表明,汽泡在核化点生长时,汽泡底部与加热面存在一小的接触面,总体而言,汽泡在生长过程中基本呈球状。在相同热工参数下,不同核化点处汽泡生长规律基本相同,但汽泡脱离直径相差较大。窄缝通道内汽泡生长速率小,脱离时间较长,可采用修正的Zuber公式预测窄缝通道内汽泡生长直径。在同一拍摄窗口内,统计分析了热工参数对汽泡平均脱离直径的影响规律。随热流密度的增加,汽泡平均脱离直径减小;随入口欠热度的增加,汽泡平均脱离直径减小;随主流速度的增加,汽泡平均脱离直径减小。     

摇摆条件下矩形窄缝通道内汽泡脱离直径模型构建及分析

在静止条件下汽泡脱离直径预测模型的基础上,引入摇摆条件引起的瞬变外力场,构建了摇摆条件下汽泡脱离直径预测模型,通过实验数据进行验证,结果符合较好。通过受力分析发现,摇摆运动引起的浮力波动必须予以考虑。模型计算发现：角位移θ=0°时,汽泡脱离直径最小;而质量流速越大,这种趋势越不明显。如果系统存在5%以上的流量波动,则其对汽泡脱离直径的影响必须加以考虑。