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。     

低压低流速条件下的过冷沸腾换热特性

为探究低压低流速条件下的过冷沸腾换热特性,开展本实验研究。通过分析实验中采集的热工参数和可视化图像,探究了沸腾滞后现象、沸腾失稳现象以及沸腾换热特性。实验发现沸腾起始点壁面过热度较高,而沸腾的发生大幅提高了换热系数,因此出现了显著的沸腾滞后现象。实验中较为光滑的加热面可达到较高的过热度,而低压下快速产生的气泡尺寸较大,在较低的热流密度下气液界面发生剧烈变化,使气泡破裂为多个小气泡并成为核化点。在过冷沸腾换热系数的预测中,Dittus-Boelter对流换热关系式不再适用,采用Hallman关系式和Gnielinski关系式计算对流换热系数,并引入壁面过热度对池式沸腾换热系数进行修正,可使过冷沸腾换热系数的预测精度大幅提高。     

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     

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。     

湍流模型对过冷沸腾计算影响分析

采用ANSYS FLUENT14.5分析湍流模型对过冷沸腾的影响,建立多套网格,每套网格采用不同的湍流模型、壁面函数及两相湍流处理方法,将计算结果与基准实验数据进行对比,分析网格、湍流模型、壁面函数及两相湍流处理方法对计算精度的影响。通过分析发现:k-ε模型的计算精度高于k-ω模型的;Dispersed方法和Per Phase方法的计算精度相对于Mixture的无明显提升;增强壁面函数对Y+≈1的网格无法获得满意的计算结果。     

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。     

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。     

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。     

基于气泡动力学的过冷流动沸腾边界层模型研究

过冷流动沸腾中的流动和传热特性对反应堆的安全运行和经济性都具有重要意义。过冷流动沸腾起始于ONB点,结束于Tsat点,中间被OSV点划分为高过冷流动沸腾段和低过冷流动沸腾段,不同阶段流场情况以及气泡行为存在较大区别。目前关于过冷流动沸腾过程的研究主要基于宏观实验、理论研究和数值模拟,随着气泡动力学的发展,从微观层面揭示沸腾机理变得可行。本文基于气泡动力学和气泡边界层模型,提出了一套预测过冷流动沸腾的理论模型,采用分相模型,将流场在径向上划分为多个区域,通过1组准二维控制方程,将各区域内的气泡行为,区域间的质量、动量和能量交换以及两相参数沿轴向的变化情况考虑在内,利用获得的边界层流场信息,可确定ONB点和OSV点。模型与空泡份额和流体温度的实验结果符合良好,并成功应用于核反应堆燃料元件通道的过冷流动沸腾计算。     

低干度流动沸腾临界热流密度预测模型

基于近壁面气泡拥塞理论,针对高压力、低流速两相流动沸腾传热,建立适用于低蒸汽干度条件下的临界热流密度(CHF)预测模型。模型通过质量守恒方程进行气泡层与主流区域的极限流量传递计算,并采用能够考虑浮升力影响的气泡脱离直径计算公式以及一些现有的气泡脱离点、湍流速度分布和截面含气率等经验公式作为求解模型的本构方程。根据试验数据拟合得到气泡层临界含气率计算公式。模型的计算结果与试验数据吻合良好,在高压力、低流速条件下具有较高的预测精度。     

应用人工神经网络预测竖直通道的过渡沸腾

利用人工神经网络优良的非线性性映射能力,设计一个３层前馈式神经网络预测竖直圆形管和环形通道中的过渡沸腾,预测结果与实验结果比较,符合很好。     

Self-Triggering Mechanism of Vapor Explosions for a Molten Tin and Water System

The self-triggering mechanism of vapor explosions was investigated analytically and experimentally using molten tin and water. First, we modeled a simple droplet system consisting of a hot liquid droplet in a pool of cold liquid. Then, to model the self-triggering mechanism, we assumed that an instability (i.e. perturbed oscillation) in the vapor/cold-liquid interface produces a collapse of the vapor film, which in turn would produce a vapor explosion. To investigate the stability of perturbed oscillations in a vapor film, we did a linear stability analysis of a vapor film surrounding a hot liquid. We found that there was a region of film stability in the cold-liquid temperature where spontaneous vapor explosions did not occur.

To validate our model, we experimentally determined the thermal interaction zone (TIZ) in which spontaneous vapor explosions occur. The occurrence conditions for spontaneous vapor explosions were investigated for molten tin, as the hot liquid, dropped into a water pool, as the cold liquid. We varied the tin temperature and the water temperature, and then monitored the occurrence and location of spontaneous vapor explosions. We found that the upper limit for the water temperature of the TIZ can be explained by our model.     

DNB后过渡沸腾传热计算模型

提出过渡沸腾传热的物理模型,建立相应的数学模型,对偏离泡核沸腾(DNB)后过渡沸腾的传热特性进行分析。根据实验数据确定关系式中的系数,得到DNB后过渡沸腾传热计算模型。将提出的理论计算模型与现有不同工况范围内取得的实验数据及已有计算模型进行比较分析,并对计算偏差进行统计计算。结果表明,本文模型计算值与现有实验数据符合良好;相对于已有计算模型,模型具有良好的适用性。     

平板滞止区过冷水喷流沸腾临界热流密度实验研究

对高温平板滞止区内过冷水圆形喷流冲击沸腾的临界热流密度进行了系统的稳态实验研究。考察了水过冷度、流速、喷流直径等流动条件对喷流沸腾临界热流密度的影响。建立了一个预示临界热流密度的经验型方程。研究结果证明,过冷水喷流冲击沸腾的临界热流密度取决于过冷度、滞止冲击速度及喷流直径、过冷度的影响尤为强烈。经验式能较好的预示本实验和他人结果。     

环形通道内液态金属钠沸腾两相传热特性实验研究

对环形通道内液态金属钠沸腾两相流动特性进行了实验研究。实验中,系统压力为3.6~110.0kPa,热流密度为11~600kW·m~(-2),流速为0.02~0.45m·s~(-1)。实验结果表明,液态金属钠沸腾传热系数与壁面热流密度和系统压力有强烈关系,而与入口过冷度和质量流速无关。在本文实验数据基础上,拟合得到了计算液态金属钠沸腾两相传热系数的关系式,通过与各组实验数据间的比较,证明本文关系式适用于计算环形通道内液态金属钠沸腾两相传热系数。     

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。     

Applications of Artificial Neural Network for the Prediction of Flow Boiling Curves

An artificial neural network (ANN) was applied successfully to predict flow boiling curves. The databases used in the analysis are from the 1960's, including 1,305 data points which cover these parameter ranges: pressure P=100–1,000 kPa, mass flow rate G=40–500 kg/m²-s, inlet subcooling ΔT_sub =0–35°C, wall superheat ΔT_w = 10–300°C and heat flux Q=20–8,000kW/m². The proposed methodology allows us to achieve accurate results, thus it is suitable for the processing of the boiling curve data. The effects of the main parameters on flow boiling curves were analyzed using the ANN. The heat flux increases with increasing inlet subcooling for all heat transfer modes. Mass flow rate has no significant effects on nucleate boiling curves. The transition boiling and film boiling heat fluxes will increase with an increase in the mass flow rate. Pressure plays a predominant role and improves heat transfer in all boiling regions except the film boiling region. There are slight differences between the steady and the transient boiling curves in all boiling regions except the nucleate region. The transient boiling curve lies below the corresponding steady boiling curve.     

遗传神经网络对水平通道流动沸腾传热系数的预测

分别采用3层反向传播神经网络(BPN)和遗传神经网络(GNN)预测从常规通道到微通道尺度范围内的管内流动沸腾传热系数,GNN的精度优于BPN的精度(均方根误差分别为17.16%和20.50%)。输入参数为含气率、质量流密度、热流密度、管径和物性,输出参数为传热系数。基于GNN预测结果,进行了参数趋势分析。对常规通道,传热系数随压力的增大而增大;对微通道,低压时传热系数受压力影响很小,高压、低含气率时,传热系数随压力的增大而增大,高压、高含气率时,传热系数随压力的增大而减小。传热系数随质量流密度、热流密度的增大而增大。随含气率的增大,传热系数先增大后减小;微通道发生烧干时的含气率较低。传热系数随管径的减小而增大;管径越小,越易发生烧干。