垂直上升管内密度波不稳定性的研究

在低压自然循环水回路上，对垂直上升管内两相流动密度波不稳定性进行了实验研究，实半记录了不同工况下的脉动曲线，用多元线性回归这实验数据进行拟合，得出一个低压两相自然循环密度波的稳定性判据准则式，实验参数范围为，系统压力Ｐ＝０．２１～１．７５ＭＰａ，质量流速Ｇ＝３４５～１９４７ｋｇ／ｍ＾２．ｓ，进口对冷度△Ｔｓｕｂ＝６～６０℃，加热功率Ｑ＝２．３～２４ｋＷ。     

并列螺旋管圈管内两相流不稳定性程序OTSGI

研究了螺旋管直流蒸汽发生器两相流不稳定性。利用线性化频域理论，采用分相模型，考虑一邓管壁动态特性，建立了螺旋管直流蒸汽发生器两相充不稳定数学模型，编制了计算ＯＴＳＧＩ，分析了人口节流圈、系统压力等因素对不稳定性的影响，给出了螺旋管直流蒸汽发生器两相不稳定区域。     

管束外垂直上升汽液两相流沸腾传热特性的数值模拟

以唐琦琳的管束外垂直上升汽液两相流沸腾传热试验台为原型,进行基于CFX的管束外垂直上升汽液两相流沸腾传热特性数值模拟,得出了不同入口温度、热流密度、质量流速下管束外狭窄通道的热工水力特性。沿管束高度流体温度的模拟结果与实验结果的最大相对偏差为3.5%,从而证明了数值计算的有效性和正确性。在此基础上,探讨了汽液两相流速度分布、沸腾压降与含汽率及其影响因素。     

垂直上升管内泡状流压力波传播

研究了垂直上升管内气液两相泡状流压力波的传播速度和衰减规律,为了提高压力波测量精度．实验中设计了不影响两相流动结构的调频式压力扰动装置．实验结果表明,随着含气率的增加,泡状流中压力波波速开始陡降,当含气率大于0．05以后波速缓慢下降;衰减系数随含气率的增加连续增加：工质的流速对压力波的传播没有影响;压力波的传播速度及其衰减与扰动频率有关．随着扰动频率的增加,波速及其衰减都增加本文实验验证了泡状流压力波色散特性的临界频率现象．即高于临界频率．压力波的色散特性消失．在本试验条件和参数范围内．临界扰动角频率为300Hz．     

垂直上升矩形流道内气液两相流流型图的数值模拟

两相流流型在分析换热、流动不稳定性以及临界热流密度方面具有基础性作用.本文基于VOF(Volume of Fluid)多相流模型,对垂直上升矩形流道内气液两相流动进行数值模拟,表观气速0.1～110 m/s,表观液速0.1～3.2 m/s.得到了流道内气液两相流的主要流型:泡状流、弹状流、搅混流和环状流,分析了流道内截面含气率分布与流型的对应关系,以及截面含气率与气液两相流容积含气率的关系;分析了各种流型下的压降分布特性,并绘制了基于气液表观动能通量的不同流量下气液两相流的流型图,直观的表示出各种流型的分布区域及各流型间的流型转换边界,与已发表文献的实验结果对比符合较好.     

垂直上升管内两相流空泡份额径向分布

对于两相流空泡份额分布的实验研究,通常只能在有限工况下进行,而对其基本现象的描述也仅局限于特定的实验工况。为此,本文总结分析了以往一些研究者的实验结果,对圆管内垂直上升两相流空泡份额的径向分布情况进行了比较系统的描述。根据这些结果,进一步分析得出了典型的垂直上升流中空泡份额径向分布曲线与流型的对应关系,通过与已有实验结果的比较,说明该对应关系无论从实验结果还是机理解释上都是可信的。     

溶液堆内气-液两相流流动及换热特性数值研究

在溶液堆台架模型数值模拟研究的基础上,对实际堆结构的堆芯内气-液两相流流动及冷却盘管与堆内溶液间的换热特性进行了数值模拟研究.采用欧拉两相流模型描述堆芯内气-液两相流流动,MUSIG(MUltiple-SIze-Group)模型描述堆芯内气泡尺度分布和相互作用,流-固耦合模型描述溶液与盘管间换热.数值计算得到了堆芯内的温度、速度、气泡组分等分布及冷却盘管的换热效率.数值计算结果表明:在有气泡扰动时堆内温度分布比没有气泡时均匀,冷却盘管可将堆内产生的85%热量带出,与试验测量结果一致.额定功率时,不同气体产生量对于冷却盘管换热影响的研究表明,随着堆内气泡产生量的增加,溶液与冷却盘管之间的换热得到强化.     

双探针两相流测量机理的数值模拟

基于流体体积函数(VOF)模型,通过用户自定义标量方程(UDS),建立电导探针测量气-液两相流参数的基本模型。采用所建立的模型对垂直圆管气-液两相流双探头电导探针测量过程进行模拟,得到气泡流动过程中探针外部空间的电场分布。模拟结果显示:气泡通过探针时会引起的电流电压的巨大变化;电流电压分布不受噪声信号、气泡形状变化以及电流电压信号响应滞后的影响。通过模拟得到,当气泡经过探针时会产生电流和电压的近方波信号,该结果能真实反映探针测量气-液两相流的基本过程。     

两相流不稳定性的建模与分析

因为两相流流动不稳定性的实际重要性，特别是为了沸水堆(BWR)的运行和安全，已经作出很大努力来理解导致流动不稳定的物理现象，并开发出计算工具来模拟动态沸腾系统的稳定与不稳定边界、本文的目的就是对以下内容做一个回顾：两相流动力学建模；流致不稳定性的分析方法；一个大类系统中模型和方法的选择对预测结果的影响，包括BWR中的中子耦合脉动。     

非均匀加热蒸发管内两相流动不稳定性数值分析

针对蒸发管非均匀加热工况,采用包含水平、倾斜上升、垂直上升和垂直下降流动的优化内螺纹管,建立了基于均相流模型的蒸发管数学模型,采用时域法模拟了蒸发管内两相流动不稳定性。计算了不稳定发生时,进口流量在各时间点的数值,并与Siemens公司的计算结果进行了对比,结果符合良好,表明本文采用的数学模型和数值方法在模拟两相流动不稳定性上具有一定的可靠性。分析了系统参数对两相流动不稳定性的影响,并与均匀加热工况进行了比较。结果表明:非均匀加热工况系统参数影响规律与均匀加热工况具有相似性,增加进口压力或进口流量系统的稳定性提高;减小进口阻力系数或增大出口阻力系数系统的稳定性降低。     

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     

Density Wave Instability of Sodium Boiling Two-phase Flow in a Vertical Annulus at Low Pressure

Experiments of density wave instability in a sodium boiling two-phase flow in an annulus were carried out with the parameters of heat flux from 80 to 976kW/m², inlet subcooling from 25.6 to 226.8°C, mass flow rate from 7.92 to 68.9 kg/h, and system pressure from 2,600 Pa to 0.06 MPa. It was found that the density wave instability occurred in the case of low exit quality, and the oscillation of flow rate was so large that the flow would be reversal. The lower inlet temperature, the higher system pressure and the larger mass flow rate could result in a more stable boiling two-phase flow. The oscillation period of the instability increased with the system pressure and the inlet subcooling, but it decreased with the mass flow rate. A correlation for the onset condition of the density wave instability was obtained from the experimental data.     

螺旋管核态沸腾两相流摩擦压降与传热数值分析

通过合理简化一体化模块式先进反应堆(SMART)螺旋管式蒸汽发生器,建立螺旋管单元管模型,采用两流体模型和非平衡过冷沸腾模型,在均匀热流密度下对螺旋管内流体进行不同参数下流动与传热数值模拟。结果表明：摩擦压降数值计算结果与陈学俊经验公式最为接近;曲率从0.04降至0.012时,摩擦压降明显下降,曲率继续下降,摩擦压降不变;加速压降几乎不受曲率影响;螺旋升角为3°～8.6°时,计算摩擦压降可不考虑螺旋升角的影响;雷诺数越大,总压降和摩擦压降均变大,摩擦压降梯度也明显增大。     

蒸汽发生器传热管束过冷沸腾区两相流动数值模拟

基于两流体欧拉数学模型结合RPI壁面沸腾模型,利用大型商用CFD软件ANSYS CFX 12.0对蒸汽发生器传热管束过冷沸腾区一次侧、壁面和二次侧耦合传热过程进行了数值模拟。研究了三叶梅花孔支撑板和不同入口过冷度条件下蒸汽发生器传热管束内的流动沸腾现象,得到一、二次侧流场与温度场,二次侧空泡份额分布,支撑板梅花孔局部的流动状况及不同入口过冷度对蒸汽发生器热工水力特性的影响。数值模拟结果表明,三叶梅花孔支撑板的存在及不同入口过冷度对蒸汽发生器传热管束过冷沸腾区域的热工水力特性影响显著。     

物理模型及边界条件对直流蒸发管两相流不稳定性边界影响研究

本文研究不同边界条件及物理模型对两相流不稳定性边界的影响。采用RELAP5程序模拟直流蒸发管内的两相流不稳定性实验工况,对计算程序和模型进行验证,分析恒定流量及恒定压降两种边界条件、并联管数量、轴向功率分布形式和传热管热容等不同边界条件和物理模型对不稳定性边界的影响。结果表明：恒定压降边界条件下,单根管、2根并联管和多根并联管的不稳定性边界差别小于5%;恒定流量边界条件下,多根并联管不稳定性边界和2根并联管相比差别小于5%,而与单根管不稳定性边界的差别则超过100%;并联管根数相同时,恒定流量边界条件的稳定性好于恒定压降边界条件;沿流动方向（轴向）功率递增分布时,系统稳定性好于沿流动方向功率均匀分布,沿流动方向功率均匀分布时,系统稳定性好于沿流动方向功率递减分布;当管壁厚度为0~20 mm时,管壁热容对不稳定性边界几乎没有影响。     

A Disturbance Wave Instability Model for Annular-to-intermittent Flow Transition in Vertical Two-phase Flow System

A model is developed to describe the transition from annular flow to intermittent flow in a vertical two-phase flow system. Since the instability of the disturbance wave, which is a dominant wave shape at the boundary between annular flow and intermittent flow, is considered as a governing mechanism, this instability described by the concept of hyperbolicity breaking in the characteristic equation is included in the model. The developed model is validated by comparing its predictions of gas superficial velocity for the transition with experimental data available in the literature, and comparing those with the predictions of the other correlations. The comparison results show that the model gives better predictions for the transition condition than existing correlations, and the effects of fluid properties, geometry and liquid flow rate on the transition are well considered by the developed model. The average of prediction errors is 3% for the present model. The standard deviation of the prediction errors of the model reaches 28%, which is the smallest among the models compared here.     

竖直圆管内气泡运动的大涡模拟研究

基于两流体模型框架,使用雷诺平均N-S方程(RANS)和大涡模拟(LES)两种湍流模型对竖直圆管内的绝热离散气 液两相流动进行数值模拟研究。计算结果表明,采用恰当的相间相互作用模型,两种模型的时均模拟结果同实验均符合较好。气泡的壁面聚集现象被准确预测,速度场预测也较为准确。与基于RANS的SST湍流模型相比,采用WALE亚网格应力的大涡模拟得到的结果同实验符合得更好,且大涡模拟可给出流动的瞬态细节。     

竖直管道内间歇式两相流动沸腾特性分析

自然循环或重力注水过程的热功率、冷却剂流量等操作条件较小,易出现各种流动不稳定现象,影响核反应堆事故的发展进程,间歇式流动沸腾现象就属于其中的一种。以去离子水为工质,采用2×2加热棒束,对内径为32 mm竖直通道内的间歇式流动沸腾现象进行了实验研究,分析了不同热流密度下间歇式流动沸腾不稳定现象的变化规律,讨论了热流密度对间歇式沸腾周期的影响。结果表明,在一定的热流密度条件下,当加热通道内流体达到饱和并过热时,会发生周期性地剧烈喷涌及冷液回流现象,期间伴随泡状流、弹状流、搅混流及环状流等多种流动形态;间歇喷涌周期取决于沸腾停滞时间,随热流密度的不断增大,沸腾停滞时间缩短,间歇喷涌周期也缩短。当热流密度增大到一定程度时,间歇式流动沸腾现象消失,从而转变为另一种两相流动不稳定现象。     

竖管内蒸发降液膜流动的不稳定性分析

引入能量分析方法,探讨流动的惯性力、气液界面和管壁界面上的表面张力对波动薄液膜的作功机制,从物理上解随液膜流动雷诺数及拢动波长的拉以及液膜波动加剧的规律。分析表明：液膜蒸发条件下的热流率增加造成壁面毛细吸附力维持液稳定的作用降低是导致液膜断裂的主要原因。