简谐脉动流中极点摩擦压降特性实验研究

对筒谐脉动流中加速度为零的极点(如波峰点和波谷点)摩擦压降特性进行了实验和理论研究.实验值与稳态条件下摩擦压降计算值的对比结果表明,相同流速下,脉动流条件下波峰点摩擦压降较稳态计算值略有降低,而波谷点摩擦压降较稳态值增加较多,其幅度随脉动程度的增加(即平均流速和脉动周期降低,脉动速度振幅增加)而增加.针对相同流速下稳态...     

周期性力场作用下窄通道内两相流压降特性

通过实验研究了摇摆造成的周期性附加惯性力作用下矩形窄通道内空气 水两相流压降特性。按分液相雷诺数将流动分为层流区（Re_f <800）、过渡区（800≤Re_f≤1 400）及湍流区（Re_f >1 400）3个区域,并对各区域内附加压降、重位压降和摩擦压降平均值及瞬态值进行了比较。结果表明,附加惯性力对窄通道内两相流整数倍周期内平均摩擦阻力无明显影响。周期性附加惯性力作用下(摇摆周期16 s,摇摆振幅30°),层流区及过渡区气相表观速度、液相表观速度、质量含气率及摩擦压降随时间周期性波动,波动周期等于摇摆运动周期;瞬时摩擦压降相对于其平均值的波动幅值随气液两相流速的增加而减小。湍流区两相流动参数周期性波动不明显。     

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。     

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。     

气-液两相泡状流在摇摆状态下的摩擦压降计算

在常温下对光滑的有机玻璃管内单相水和气-液两相泡状流在两种不同摇摆角度和3种不同摇摆周期下的摩擦压降特性展开了研究.结合实验数据,提出了摇摆状态下的单相水摩阻系数的计算关系式.计算关系式不仅能够反映摩阻系数随时问变化的周期动态特征,而且计算结果与实验结果符合很好.在此基础上,运用均相流模型,对摇摆状态下两相泡状流的摩擦压降进行计算.结果发现,计算值与实验值的相对误差在±25%以内.     

摇摆状态下水平管中单相水的摩擦阻力实验研究

在常温常压下,利用水平放置在机械传动的摇摆台架上的两相流实验装置,对内径为34.5 mm有机玻璃管内的单相水在不同摇摆状态下的摩擦压降特性进行了试验研究.应用能量方程和Darcy公式求解了摇摆状态下单相水的摩擦阻力系数.试验结果表明:流速、摇摆周期和摇摆幅值等因素对摩擦压降都有一定的影响,并且摇摆状态下的摩擦系数与稳态时不同,呈现周期性的变化.通过引入摇摆雷诺数和实验数据的拟合,提出了用于计算摇摆状态下单相水的摩擦阻力系数的试验关联式.与实验值比较,计算值能够反映摩擦阻力系数的变化,两者符合得很好.     

高压及超临界压力下螺旋管内单相水摩擦压降特性实验研究

在较宽的参数范围内对高压及超临界压力下单相水流经立式螺旋管的摩擦压降特性进行实验研究。研究表明,对于高压工况,在高雷诺数Re条件下的水力粗糙区,管壁粗糙度对摩擦压降的影响要远大于二次流的影响,故单相水在螺旋管内的摩擦压降基本可直接采用直管的相关公式来预测;对于超临界压力工况,在物性变化剧烈的拟临界区内,采用高压工况计算公式所得的摩擦压降预测值要明显偏低于实验值。     

内螺纹管中汽-液两相流体摩擦压降特性研究

在压力为9～22MPa,质量流速为600～1200kg/(m2·s),含汽率为0～1的工况范围内,对Φ38.1mm×7.5mm的6头内螺纹管中汽-液两相流体的摩擦压降特性进行了试验研究。试验段采用水平绝热布置。试验结果表明:压力对两相流摩擦压降的影响很大,随压力增加,两相流摩擦压降倍率减小,在临界压力附近,两相流摩擦压降倍率趋近于1;随含汽率增加,两相流摩擦压降倍率先增加,然后有减小的趋势;随质量流速增加,两相流摩擦压降倍率减小。用于计算单相水摩擦压降系数以及用于计算汽-液两相流体摩擦压降的试验关联式被提供。     

基于一维漂移流模型的并联矩形双通道密度波流动不稳定性数值模拟

基于一维漂移流模型构建了并联矩形双通道密度波流动不稳定性数学模型。模型中采用Zuber推荐的经验关系式计算两相流体空泡份额,采用Chisholm关系式和中国核动力研究设计院自拟关系式计算两相流体的摩擦压降。求解过程中将质量方程、能量方程与动量方程解耦,并在计算域内沿流动方向依次求解方程组。计算过程中,首先开展稳态计算,在稳态解的基础上,通过添加流量或功率扰动,诱发流体周期性振荡,通过辨识瞬态计算中得到的流量振荡模式来获得流动不稳定边界。采用数值计算获得的密度波脉动图像与实验中观察到的密度波脉动现象的特征基本一致。最后,针对16组典型实验工况开展数值模拟,结果表明,大部分工况下计算不稳定界限热流密度与实验值的相对偏差小于±20%。     

摇摆条件对矩形通道内泡状流摩阻特性影响

摇摆运动作为一种典型海洋条件,对管内的气液两相流动过程产生较大影响。本工作通过摇摆条件下空气 水泡状流在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、常压下进行,通道尺寸为40 mm×10 mm,摇摆角度为10°、15°和30°,摇摆周期为8、12和16 s。结果表明,摇摆条件下瞬态摩擦压降的变化具有明显周期性,随着两相雷诺数变大,瞬态摩阻系数的波动幅度和平均水平均变小;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。     

矩形通道内气水两相流摩擦阻力计算模型

常压下以空气和去离子水为工质,对横截面为1.41 mm×40 mm和3 mm×40 mm的竖直矩形通道内两相流动阻力特性进行了实验研究。利用获得的764组实验数据,对11种典型两相流摩擦阻力计算模型进行评价。结果表明：Lee-Lee模型整体预测精度最高,但在分液相雷诺数较小（Re_l<600）和较大（Re_l>8 700）区域,与实验值符合较差;在分液相紊流区(Re_l≥2 000) Chisholm B模型适用性较好,对于两实验段预测值与实验值绝对平均误差分别为6.13%和6.43%,但在分液相层流区(Re_l<2 000)其预测值与实验值偏差较大。根据压降特性提出修正两相动力黏度,并针对分液相层流区提出修正计算关系式,其预测值与实验值符合较好。     

非线性振动下水平通道内气液两相流动研究

在地震等行为产生的非线性振动下,两相流体会影响回路传热并对装置结构进行冲击,因此对气液界面行为的把握对核安全具有十分重要的意义。本文通过将振动装置与两相流实验回路相结合的方法,对非线性振动下水平通道内气液两相流问题进行了实验研究。基于FLUENT平台,结合动网格模型及UDF编程手段建立了数学模型,并对数学模型进行验证。研究结果表明：模拟结果与实验结果具有很好的一致性;振动工况下气液两相流动形式不同于稳态工况,会出现更复杂的气液界面,主要流型有泡状流、弹状流、搅拌流、波状流及环状流;瞬时摩擦压降的波动幅度随振动幅度和频率的增大而增大,且与振动幅度相比,振动频率对其影响更大。     

棒束通道内两相流动摩擦阻力特性分析

常温常压下,对竖直3×3棒束通道内气液两相流动阻力特性进行了实验研究。利用所获得的实验数据,对8种典型的两相流动摩擦压降计算模型进行了评价。结果表明,均相模型在两相流速较高时精度较高,在两相流速较低时则偏差较大。分相模型中,Friedel模型和Lombodi-Pedrocchi模型不适用于本实验条件下棒束通道内气液两相流动摩擦压降的计算。Chisholm C模型、Zhang-Mishima模型、ChisholmB模型、Mishima-Hibiki模型及L.Sun模型的预测值与实验值的平均相对误差介于20%~30%之间。基于实验数据,通过修正ChisholmC模型的C系数,给出一个新的修正模型,其计算值与实验值符合良好。     

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。     

Frictional Pressure Drop for NaK-N2 Two-Phase Flow in Rectangular Cross Section Channel of Large Aspect Ratio

In this paper, the frictional pressure drop in an isothermal liquid metal-gas two-phase flow through a rectangular channel with large width-to-height ratio is treated semiempirically for a NaK-N₂ two-phase flow system.

The frictional pressure drop in the two-phase flow is compared with the following two reference values :

1. The frictional pressure drop in the liquid flowing alone in single phase with the same velocity as that of the liquid in the two-phase mixture.

2. The frictional pressure drop in the liquid flowing alone in single phase with the same mass flow rate as that of the liquid in the two-phase mixture.

The comparison with the former reference value is necessary for the prediction of friction loss in a liquid metal MHD generator channel whose medium would be two-phase mixture.

The semiempirical analysis was performed assuming the two-phase mixture to be a continuous medium with its properties, e.g. viscosity and density, defined by void fraction and the velocity determined by the total mass flow rate.

In the region of low slip and density ratio ρ_g/ρ_l the frictional pressure drop in the two-phase flow appeared to be smaller than that due to the liquid flowing alone with the same velocity as that of the liquid in the two-phase flow.

The experiments have been undertaken with the NaK-N₂ two-phase mixture flowing through a rectangular channel (4 × 60 mm²).

Data were taken over the following parameter range:

NaK velocity: 5～30 m/sec, Void fraction: 0～70%

Density ratio: 0.006～0.013, Quality: 0.07～1.10%.     

窄矩形通道内搅混流和环状流相界面参数的计算方法

空泡份额和界面浓度是两相流动中重要的相界面参数,准确获取窄矩形通道内搅混流和环状流工况下空泡份额和界面浓度是构建和完善两流体模型的关键。本文针对横截面为65 mm×2 mm的矩形通道开展了气液两相流动特性可视化实验研究,气相折算速度j_g＝1～9 m/s,液相折算速度j_f＝0.1～1.5 m/s,流型包含搅混流和环状流。提出了基于高速摄像法获取搅混流和环状流下空泡份额和界面浓度的分析计算方法,利用该方法所得空泡份额与窄矩形通道内经验关系式计算值的相对偏差约在10%以内。此计算方法可为研究复杂流型下窄矩形通道内的相界面参数提供理论依据。