窄流道内过冷流动沸腾条件下汽泡滑移特性研究

对竖直矩形窄流道内的汽泡滑移进行可视化实验,得到汽泡滑移运动的特性和滑移距离随工况变化的特性.建立基于能量平衡的热量分析模型,研究汽泡滑移对换热特性的影响.分析表明,滑移运动的汽泡比周期性固定生长的汽泡所引起的强化换热效果更显著.本文引入滑移汽泡扰动强度的概念,提出了滑移汽泡和固定汽泡扰动所导致的热流密度表达式,并分析...     

核化点间距对过冷沸腾中汽泡聚并特性的影响

过冷沸腾是反应堆热工过程中会出现的重要物理现象,汽泡聚并是核态沸腾过程中一种常见的汽泡相互作用形式。本文对核态沸腾过程中的汽泡聚并现象做了研究,研究了不同核化点间距下汽泡聚并特性和热流密度特征。利用微型加热片阵列,控制核化点的间距,并且详细记录汽泡底部的热流密度,与此同时用高速CCD相机从底部拍摄汽泡运动形态。将汽泡图像与热流密度结合分析,全面总结核化点间距对汽泡聚并和热流密度特性的影响。     

低流速过冷沸腾净蒸汽产生点计算模型

已有的过冷沸腾净蒸汽产生点计算方法以高质量流速为主.对于低流速工况,到目前还未见普遍认同的净蒸汽产生点计算模型。本文通过加热壁面汽相蒸发与汽液界面冷凝传热的分析，建立于适用于低流速强迫循环及自然循环工况净蒸汽产生点的蒸发冷凝模型，在较宽广的工况范围内与已有实验数据进行了比较.研究表明,低流速工况下．该模型可以得出满意的预测结果，比目前广泛应用的Salla-Zuber模型以及Levy模型具有更高的预测精度.     

低流速自然循环过冷沸腾汽泡脱离点实验研究

针对低流速环形通道中自然循环过冷沸腾汽泡脱离点特性进行了实验研究,运用Saha-Zuber模型、Bowring模型、Forster模型和Levy模型测算汽泡脱离点的位置,与实验值进行比较,发现由于流速较低,上述模型不适用于计算本实验条件下的汽泡脱离点。以Levy模型为基础,修正了浮力项的影响系数,修正后的模型与实验结果符合良好。     

低流速过冷沸腾截面平均空泡率实验研究

以高温高压单探头光学探针为主要测量手段,进行了中压低流速过冷沸腾工况空泡率实验研究,截面平均空泡率根据探针测量得出的局部空泡率在流道截面上积分计算得出。实验数据与实验前提出的空泡率计算模型进行了比较,表明该模型在低流速过冷沸腾工况可获得满意的预测结果。实验结果与Saha模型以及Levy模型的比较表明:对于低流速数据,Saha模型预测结果明显偏高,Levy模型优于Saha模型,但预测结果仍略偏高。     

低流速过冷沸腾压降实验与计算方法研究

在中压强迫循环工况下开展了低流速过冷沸腾压降实验．实验中同时对过冷沸腾空泡率进行了测量基于得到的实验数据,对低流速过冷沸腾压降计算方法进行了研究．研究表明．过冷沸腾工况下的流动压降与重力压降亦即空泡率密切相关．选用合理的空泡率计算模型对于低流速过冷沸腾压降的准确计算极为重要由于目前普遍采用的Saha模型．Levy模型难以得出准确的低流速过冷沸腾真实含汽率与空泡率预测结果,应用于低流速过冷沸腾压降计算时会产生较大偏差．笔者提出的真实含汽率模型和净蒸汽产生点（NVG）空泡率模型可用于蒸汽-水强迫循环低流速过冷沸腾压降计算通过本文研究、最终得出蒸汽-水强迫循环低流速过冷沸腾压降的推荐计算方法。     

窄通道中过冷沸腾汽-液界面凝结换热系数

采用高速摄像仪以5 000 fps的拍摄速度对竖直矩形窄缝流道内过冷沸腾的汽泡凝结过程进行可视化研究,结合相应的理论分析,并考虑对流换热以及热边界层增厚对凝结换热的影响,得到了无量纲汽泡直径β和界面凝结换热努塞尔特数Nu及其影响因素之间的关系式.与实验数据比较,预测误差在±25%以内.     

矩形通道堵流过冷沸腾特性研究

由于矩形冷却通道具有很大的长宽比,冷却剂中异物在长期运行过程中在矩形冷却通道内逐渐累积,会使流通面积减小导致局部冷却剂的堵流事故,从而威胁燃料元件完整性。本文在充分考虑燃料组件矩形窄通道流动与换热特性基础上,选取合适的过冷沸腾特性数学物理模型,并采用RELAP5程序计算结果对比验证了数学物理模型的适用性。对堵流工况下运行压力、入口过冷度、功率密度、功率分布、入口不加热段长度等重要运行参数进行敏感性分析,研究其对温度分布以及空泡份额的影响。结果发现改变功率分布对于堵流后果的影响最显著,对称的功率分布输入下燃料元件的释热效果明显好于其他两种非对称功率分布,而且在对称功率分布下堵塞流道冷却剂的局部温度峰值也有所提高,余弦分布形式下堵塞通道内冷却剂峰值温度相对非对称分布高10K左右。余弦分布和功率峰偏上分布形式下,堵塞通道内冷却剂发生局部沸腾,空泡份额分别为0.12和0.009。     

过冷沸腾起始点预测关系式研究

本文认为过冷沸腾起始点为一个流程段,起于气泡开始汽化点,终于气泡脱离气穴点。基于这一假设建立了更为符合实际的过冷沸腾起始点气泡模型,在此基础上,用唯象方法获得了气泡半径公式及壁面过热度与热流密度关系式,并与实验数据进行了比对,其误差分布更加合理。     

竖直窄缝过冷沸腾实验模型及数值模拟

基于常压下竖直窄缝通道的过冷沸腾实验结果,提出了2 mm窄缝通道的壁面核化数值新模型,模型包括:汽化核心密度、气泡脱离直径、气泡脱离频率和核化起始点(ONB)关联式。分别采用新模型和CFX模型对典型实验工况进行数值模拟分析,模拟结果与实验的壁面温度和平均壁面温度结果吻合较好。详细讨论了2个模型中的3个主要关联式的差异,最后讨论了ONB模型对过冷沸腾数值模拟结果的影响。结果表明,考虑ONB模型的新核化模型能更准确地预测窄缝通道过冷流动沸腾传热特性。     

竖直窄矩形通道内过冷沸腾传热模型

通过引入池式沸腾-流动沸腾汽泡脱离直径比对沸腾抑制因子S进行了修正,并将修正后的S引入Lee-Mudawwar过冷沸腾CHF模型,通过结合竖直窄矩形通道内的汽泡行为进行分析,建立了适应于竖直窄矩形通道的过冷流动沸腾传热模型,探讨了影响过冷沸腾传热系数的主要因素,并通过将模型预测值与实验值进行对比,验证了模型的可靠,表明当前模型可用于计算竖直窄矩形通道内的过冷沸腾传热特性。     

低压下水欠热流动沸腾的两相CFD数值模拟研究

采用两流体(汽相和液相)基本数学模型,结合汽相和液相之间的界面传热、传质和动量交换封闭模型、汽泡平均直径模型、汽泡脱离直径模型、汽泡成核模型、汽泡脱离频率模型、欠热沸腾起始点模型和壁面热流密度分配模型,在CFD软件CFX4.4中采用用户自定义函数将相变引起的传热、传质和动量交换作为源项分别添加到汽相和液相的能量、质量和动量守恒方程中,对低压下内管加热外管绝热的环形通道内的欠热沸腾进行了数值研究,得到了欠热流动沸腾下汽相体积份额、液相速度、汽相速度分布等。采用Lee等的环形通道内低压下欠热沸腾体积份额实验数据对计算结果进行了验证,吻合良好。     

5×5棒束通道中简单支撑格架对流动过冷沸腾传热的影响分析

采用壁面热分配模型(即RPI模型)对PSBT基准题中的5×5均匀加热全长棒束过冷沸腾传热进行了数值模拟研究。重点分析了加热段末端搅混格架（MVG）下游简单支撑格架（SSG）对棒束通道内流动过冷沸腾传热特性的影响。在水力特性方面,研究发现SSG的形阻压降约为MVG的53%,且对棒束通道内的横向流动具有显著抑制作用。为反映SSG对搅混过程的影响,采用子通道平均横流速度比沿轴向的发展过程对其进行了分析。分析发现,在SSG附近横流速度比迅速衰减,衰减后的横流速度比与光棒束时的大小相当。由于SSG对横流过程的破坏,改变了发热表面的传热特性,在其下游气相迅速包覆加热表面,蒸发热流密度较无SSG情况偏高5%,加热段末端空泡份额偏高0.006,壁面过热度偏高0.3 ℃。     

基于流固共轭传热的两相流动数值模拟及燃料子通道CHF预测研究

为对过冷沸腾两相流动进行准确模拟,并探索临界热流密度（CHF）预测方法,本文基于共轭传热和两相CFD分析的方法,通过流固界面耦合,建立流固共轭传热两相流动耦合求解的数值模型。首先通过典型燃料棒栅元过冷沸腾两相流动的模拟,验证数值模型的正确性。随后对燃料子通道内两相流动进行模拟,并在两相流动模拟的基础上,通过准瞬态的方法,建立与CHF试验过程非常近似的CHF预测方法,将加热壁面的温度飞升作为CHF判定的标准,实现对燃料组件子通道CHF的数值预测。研究表明,本文建立的数值模拟方法,可为燃料组件或其他换热系统的CHF预测奠定基础,为燃料组件的设计提供新的辅助手段。     

环形窄缝双面加热通道内欠热沸腾传热实验研究

在压力0.84～6.09 MPa、质量流速41.9～300.2 kg/(m2·s)、热流密度2.61～114.41 kw/m2范围内,以去离子水为工质,对间隙为1.5 mm环形窄通道实验段竖直向上流动的欠热沸腾传热特性进行了实验研究,得出了适用环形窄缝通道的欠热沸腾传热经验关系式。     

基于低压过冷流动沸腾临界热流密度数据评价各种公式、模型及95 CHF表

以低压过冷流动沸腾的临界热流密度 (CHF)的实验数据为基础 ,对典型的CHF计算公式、模型及 95CHF表作了评价。所用数据共 2 37点 ,范围如下 :压力 0 1 3～ 1 92MPa;速度 1 4 7～2 2 32m/s;出口过冷度 6 2～ 1 0 8 7K ;加热长度 2 5 5～ 40 0mm ;管径 5 1 7～ 1 6 0mm。     

Bubble Lift-off Diameter and Nucleation Frequency in Vertical Subcooled Boiling Flow

A series of experiments were carried out to investigate phenomena from bubble nucleation to lift-off for a subcooled boiling flow in a vertical annulus channel. A high-speed digital video camera was used to capture the bubble dynamics. The bubble lift-off diameter and bubble nucleation frequency were evaluated in terms of heat flux, mass flux, and degree of subcooling. The fundamental features of the lift-off diameter and nucleation frequency (i.e., the variations across nucleation sites and the dependence on the flow and heat flux conditions) were addressed based on the present observation. A database for the bubble lift-off diameter was built by gathering and summarizing the data of Prodanovic et al., Situ et al., and the present experiments. We evaluated the predictive capabilities of Unal's model, Situ et al.'s model, and Prodanovic et al.'s correlation against the database. We obtained the best prediction results by modifying the wall superheat correlation in Unal's model. In addition, we suggested a new correlation for a combined parameter of the bubble nucleation frequency and bubble lift-off diameter.     

蒸汽发生器传热管一、二次侧耦合换热及管外过冷沸腾数值研究

采用两流体欧拉数学模型,结合气相和液相之间的界面传热、传质和动量交换封闭模型以及RPI壁面沸腾模型,利用ANSYS CFX 12.0对蒸汽发生器局部传热管束二次侧的过冷沸腾进行数值研究。数值研究结果与单管内过冷沸腾实验数据对比验证符合良好。结果表明,采用壁面沸腾模型能准确预测沸腾起始点的位置,同时梅花孔板的存在对二次侧流动换热特性影响显著。     

流动欠热沸腾通道内净蒸汽产生起始点的确定

给出了在低压条件下 ,竖直的环形通道内 ,流动欠热沸腾过程中净蒸汽产生起始点的实验结果。讨论了净蒸汽产生起始点的特征及用γ射线衰减法测量净蒸汽产生起始点时应注意的问题。实验数据与有关模型进行了比较 ,实验数据与计算模型符合较好     

基于OpenFOAM的过冷流动沸腾数值模拟

过冷流动沸腾现象被广泛应用于工业生产和动力系统中,对该现象的准确预测是两相流CFD模拟的重要研究方向。本文详细阐述了该模拟过程中的欧拉两流体模型及相关辅助模型,基于开源CFD平台OpenFOAM,模拟了4.5 MPa下竖直圆管内的过冷流动沸腾,得到了截面空泡份额、液相平均温度及壁面温度沿轴向的分布。计算结果与实验值符合良好,说明了模型的有效性和程序的正确性。本文可为在OpenFOAM中添加新的模型及开发新的求解器以模拟过冷流动沸腾问题提供参考。