基于DPM模型的铅铋合金中颗粒物对管道冲蚀的数值模拟研究

基于流体力学理论研究液态铅铋合金（LBE）流体中颗粒物对管道壁面的冲蚀作用,采用Fluent软件中的离散相模型（DPM）对管壁的冲蚀进行数值模拟研究。结果表明,弯管角度、颗粒粒径、颗粒物浓度、管道的管径以及流速等对管壁的冲蚀磨损产生明显影响,其中,流速影响较大,在高流速下的冲蚀严重;弯管角度的影响显著,对直管段的冲蚀较弱,对弯管角度在30° ~ 90°之间的管道的冲蚀比较严重;颗粒粒径在1 ~ 9 μm内的微颗粒对管道冲蚀影响较小,粒径增大到10 ~ 90 μm时,冲蚀速率变化不明显,粒径增大到100 ~ 900 μm时,大直径的颗粒对管道冲蚀严重。      

蒸汽流速对旋叶式汽水分离器分离性能影响的数值模拟

基于两流体模型和雷诺应力湍流模型,在不同的入口流速条件下,对旋叶式汽水分离器的分离过程进行了数值模拟,分析了蒸汽流速对不同直径液滴分离过程以及壁面附近液膜或高液滴浓度弥散层的影响规律。研究表明,蒸汽流速对分离性能的影响与液滴直径有关,当液滴直径处于某一区域时,蒸汽流速对分离性能的影响较明显,蒸汽流速越大,分离性能越好;当蒸汽流速较低时,在分离筒壁面出现液相流体累积。     

不同通道内超临界水中颗粒物的运动沉积特性研究

利用ANSYS CFX软件模拟,采用κ-ε模型来预测通道内的湍流变化,得到不同粒径(1～10μm)颗粒在不同管道内超临界水中的运动沉积特性规律。发现不同管道中细颗粒物的运动沉积浓度在不同入口温度下,大致呈现"M"型分布,在靠近管道附近存在颗粒物浓度的极值。不同入口速度条件下,低速时各管道中颗粒浓度分布非常离散,速度提高后各管道内的颗粒物浓度呈现各自分布特点,主要受到颗粒扩散、热泳力、湍流作用及二次流等影响。分析出颗粒的运动沉积主要是颗粒与水分子间动量交换,以及颗粒运动受到阻力综合作用的结果。     

竖直窄矩形通道内弹状流液弹中分区特性研究

弹状流的液弹部分受气弹尾部影响,其水力特性参数沿流动方向存在分区的不一致性。本文对竖直窄矩形通道中弹状流液弹内参数的分布特性进行了研究。结果表明：液弹内气泡在近壁面附近所受径向力较为平衡,气泡频率较大;随着远离气弹尾部,管道中间气泡频率逐渐增大。根据气泡频率波动变化将液弹分为3个区域,尾流区占液弹长度的40%～45%,过渡区占10%～15%,主流区占40%～50%。尾流区和主流区内,空泡份额呈“三峰型”分布;随着气相流速的增加,尾流区内近壁面处峰值逐渐增大,管道中间峰值逐渐下降,但主流区内情况相反。气泡直径随气相流速的增大而变大,且液弹内气泡聚合和破碎现象较少。     

蒸汽传热管破裂事故中颗粒物喷射的数值模拟

蒸汽传热管破裂事故发生时,一回路中的颗粒物随着高温高压流体一起喷射进入二次侧,会对蒸汽发生器二次侧产生冲击并加速二次侧腐蚀。根据大亚湾核电站蒸汽发生器传热管实际尺寸建模,利用FLUENT流体软件,对蒸汽传热管破裂事故发生时的颗粒物喷射过程进行模拟研究。对连续相采取k-ε模型预测湍流变化,多相流模型选择混合模型,对颗粒相采取DPM(Discrete Particle Model)模型跟踪颗粒运动轨迹。研究发现,破口附近是高速场和高温度场,而在破口上方,温度场和速度场逐渐恢复均匀性;在破口上方附近存在回流现象;破口附近颗粒随着流场运动对二次侧管壁产生冲击,破口附近壁面所受到的冲击最严重;在破口上方及背离破口的管道附近存在颗粒物聚集现象,可能导致传热恶化;随着高度的增加,破口的影响开始扩散。     

两种截面窄通道内PM1颗粒沉积数值模拟对比研究

基于FLUENT软件,对尺寸为20 mm×20 mm×1000 mm(通道1)和10 mm×30 mm×1000 mm(通道2)的竖直矩形窄通道内,不同温度场中动力学直径小于或等于1μm的颗粒物(PM1)在湍流工况下的沉积规律进行数值模拟研究。气相采用标准k-模型,PM1颗粒采用离散相模型(DPM)。结果表明,矩形通道内湍流扩散、热泳效应和二次流的共同作用使PM1颗粒在近壁面区域富集;湍流扩散使主流区的PM1颗粒在靠近壁面处富集;二次流是PM1在拐角附近产生富集的主要原因;而在温度场内近壁面区域,热泳力是PM1在冷壁上发生沉积的最主要因素;随主流温度的增高,PM1颗粒布朗运动增强,使PM1的无规则运动和扩散加强,不利于PM1形成稳定的富集区,减弱了PM1在冷壁面上的沉积。     

局部非热平衡条件下含内热源多孔介质方腔内自然对流数值研究

在流体与固体骨架有效导热系数比一定的条件下,采用局部非热平衡模型与非达西流动模型,研究Ra和Da对含内热源多孔介质的方腔内自然对流流动换热特性的影响。计算结果表明:当Ra取定值,流体平均Nu随Da的增大而增大;当Da取定值,流体平均Nu随Ra的增大而增大。在文中参数的变化范围内,固体相与方腔4个壁面的换热强度相当,且变化较小。方腔左右两壁面流体相换热强度相同,但均弱于上壁面换热强度,下壁面流体相换热强度最低。无量纲容积换热系数较小时,非热平衡效应影响较大。     

窄矩形通道污垢沉积数值仿真

为研究窄矩形通道内CaSO4溶液由于析晶沉积产生的污垢及对换热的影响,本研究基于合理的污垢沉积、污垢剥蚀与污垢热阻模型,利用FLUENT软件结合用户自定义函数（UDF）对一定热流密度、入口流速、入口温度和流体浓度的流体进行了析晶沉积模拟计算。研究结果表明了此工质的污垢产生情况和对换热的影响,同时得到热流密度、入口流速和流体浓度3种影响因素对污垢沉积的影响：污垢热阻随热流密度增大而增大,随入口流速增大而减小,随流体浓度增大而增大。本研究可用于模拟板状燃料元件窄矩形通道由于析晶导致的污垢沉积过程。     

文丘里式气泡发生器气泡碎化特性研究

熔盐堆在运行过程中须不断地去除氙等气体裂变产物。熔盐堆除气系统中气泡发生器的作用是通过向回路中注入一定量的直径为0.5 mm的小气泡,在扩散作用下吸收熔盐中的氙,最终气泡被分离出来,达到除氙的目的。在橡树岭国家实验室设计的基础上,本文为钍基熔盐研究堆设计气泡发生器,并在专门建造的水回路中对其工作特性进行了可视化研究。利用高速摄像系统跟踪气泡的运动和碎化过程,分析气液相流速对碎化后气泡尺寸的影响。结果表明：在实验条件下,当气体流量一定时,气泡尺寸随液体流量的增大而减小;当液体流量一定时,气泡尺寸随气体流量的增加而增大。     

窄流道内弹状流和液膜特性的数值模拟

基于流体体积函数( VOF)模型,对矩形窄流道中不同液相流速下泰勒气泡及周围流场特性进行分析.结果表明,无量纲气泡速度随毛细力数(Ca)变化关系与垂直方形流道实验结果符合较好.壁面切应力在气泡长度方向上不断变大,直到进入尾流区,产生强烈的无规则变化.随着液体质量流速的增大,泰勒气泡变得更尖锐,液膜厚度变厚,但壁面切应力...     

铅铋共晶合金流动传热特性及不溶性腐蚀产物沉积特性数值模拟

作为ADS次临界堆首选的冷却剂材料,铅铋共晶(LBE)合金中出现微小颗粒物会威胁反应堆安全,同时缩短反应堆的使用寿命。为此,利用FLUENT软件对矩形通道中不溶性腐蚀产物的沉积分布进行了模拟研究。对连续相采用标准k-ε模型预测湍流变化,对颗粒相采用离散相模型(DPM)跟踪颗粒运动轨迹。研究发现,沉积效率与流体和冷壁之间的温差呈正相关;近壁面是颗粒物的高浓度区、低温区,这种分布有利于颗粒物在壁面上的沉积;近壁面是高湍动能区,不利于颗粒物沉积。受到壁面边界层影响,出现二次流现象,即在径向上出现8个对称的径向循环区域。     

摇摆对传热影响的机理分析

通过对摇摆情况下竖直加热管内流体流动的理论分析,建立了模型,推导出通道内的流速分布.研究了通道壁面附近流体的流动情况.分析认为摇摆情况下的竖直加热管内流动不同于普通的非定常流动,在通道壁面附近的边界层遭到破坏.在分析流动的基础上指出了竖直加热管内边界层被破坏的原因,进而指出摇摆影响传热的机理是摇摆使加热管壁面附近流动局部扰动加剧.     

碳钢管中局部流速与壁厚减薄速率之间的关系

本研究的目的是为了寻找碳钢管内湍流参数与局部壁厚减薄速率之间的关系。对几种缩小比例的管道部件进行了实验模拟和数值分析,并且对其结果进行了比较。结果显示,流体在管道中的流动行为可以通过数值分析进行模拟,并将分析结果放大至核电站的实际尺寸,对核电站进行数值分析。为了寻找湍流参数与局部磨损速率的关系,对电站给水系统中7种类型的管道（共17种管道部件）进行了数值分析。将管道的局部磨损速率（由管壁厚度实测数据得到）与湍流参数（数值分析结果）进行比较。结果表明,管道的几何因子以及流体与壁面一定角度的冲撞都会导致流体与壁面的分离,之后流体会重新回到壁面,这时流速垂直于管壁方向的分量（Vτ）的分布与局部壁厚减薄的分布非常相似。从最小二乘法拟合的结果可以推测出局部壁厚磨损速率与蚱的关系。     

垂直管内超临界水传热实验研究

在宽广的实验范围内对直径10 mm垂直管内超临界水在不同工况下的传热特性进行了实验研究,分析了热流密度、质量流速及压力变化对内壁面温度及传热系数的影响规律。实验参数为：压力23、25、26 MPa,质量流速450~1 200 kg/（m²•s）,热流密度200~1 200 kW/m²。实验结果表明：随主流温度的升高,壁面温度逐渐上升,在拟临界点附近由于物性剧变存在传热强化现象;热流密度的增加以及质量流速的减小均会削弱传热强化现象,并导致传热恶化;压力的影响主要体现在传热恶化、强化的起始热流密度和起始主流温度的不同。     

矩形窄腔内截面含汽率研究

以氟利昂113为工质,对矩形窄腔内的截面含汽率进行了研究,得出了不同压力、加热功率情况下的截面含汽率变化规律以及含汽率沿高度方向的计算式。结果表明,当容积产气量一定时,整个空间内的平均截面含汽率随压力增大而升高,而当加热功率一定时,截面含汽率随压力增大而降低。因此当热负荷不变时适当升高工作压力,可以降低截面含汽率。     

间距对快堆燃料组件迷宫密封结构性能影响的数值模拟

本文采用计算流体动力学（CFD）方法针对直角梯形齿迷宫密封结构进行了三维数值模拟,对比研究间距对密封性能、流场分布、压力场分布、流速控制的影响,并在最佳间距尺寸下分析了偏心度对密封性能的影响。结果显示：扩大迷宫密封结构间距可有效减少漏流量、提高密封性能,并实现较好的流速控制,还可明显改善近壁面处的流动性能,强化对燃料组件外壁面的冷却;当间距超过3.02 mm时,密封性能提高有限,说明间距超过一定限值时,不能继续通过扩大间距提高迷宫密封结构密封性能,需在结构设计与工程应用中选择合理的间距尺寸;偏心现象导致迷宫密封结构流域内流速、压力分布不均匀,且随偏心度的增大不均匀现象有扩大的趋势,不仅对密封性能产生不利影响,还使得燃料组件振动加剧。     

矩形通道干涸点传热特性试验研究

在中国核动力研究设计院流动传热基础试验平台上进行了矩形通道干涸点传热试验。通过对各种热工水力参数的试验研究,得出结论:(1)随着进口含汽率的增加,干涸点热流密度减小,含汽率增加,壁面温度降低,传热系数减小;(2)随着质量流速的增大,干涸点热流密度增大,含汽率减小,壁面温度升高,传热系数增大;(3)随着系统压力的升高,干涸点热流密度增大,含汽率增加,壁面温度升高,传热系数增大。由试验数据与现有经验关系式的比较,发现这些关系式适合中高压、中低质量流速工况,而对低压、高质量流速工况存在较大的偏差。在古塔杰拉奇关系式的基础上,引入矩形通道尺寸和进口焓等影响传热的因素,得出了适用于矩形通道的干涸关系式。关系式与试验数据吻合良好。     

竖直环形流道内欠热沸腾时的气泡行为研究

一般在沸腾传热实验中壁面的加热方式有电加热和流体加热两种,流体加热方式下的沸腾传热研究进行得很少.在水加热条件下,对水在竖直环形流道内欠热流动沸腾时的气泡行为进行了可视化研究.环隙宽度为5mm和3mm两种,质量流速分别为16.8～55.3kg/(m2·s)和15.3～62.1kg/(m2·s).可视化实验结果表明:在贴近壁面的区域存在气泡运动层,大部分气泡在气泡运动层内运动.在宽度为3mm的流道中,气泡在脱离壁面前一般会滑动;滑动距离不超过2～3倍气泡直径,并且存在反复胀缩的现象.5mm流道内的气泡则较少发生滑动,往往在脱离壁面后会被弹回壁面.气泡的滑动和离开壁面后又返回壁面的运动方式是沸腾具有高强度传热能力的原因之一.     

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。     

摇摆条件下矩形窄缝通道内汽泡脱离直径实验研究

以去离子水为工质,可视化研究了矩形窄缝通道内不同质量流速下摇摆运动对汽泡脱离直径的影响。研究结果表明,由于摇摆运动引起的局部流场波动,汽泡生长过程变得不稳定,且汽泡脱离直径在一定范围内波动,这种效应会随质量流速的增大而减弱。线性拟合发现,摇摆角位移为0°时,汽泡脱离直径有最小的趋势。