矩形窄缝通道受热表面污垢沉积实验研究

失水事故下堆芯余热排出时,板状燃料元件表面因冷却剂引入负溶解度盐杂质而发生污垢沉积,导致传热性能恶化甚至堵塞通道。为研究矩形窄缝通道内受热表面污垢沉积特性,设计搭建了一种采集矩形窄缝通道表面特定方位处污垢样品的实验装置,以碳酸钙作为可溶性杂质,对60 mm×2 mm截面的矩形窄缝通道受热面污垢沉积过程进行实验测试,观测通道不同位置、不同时间下污垢沉积的微观形貌特征,测量污垢厚度的分布特性,并探究污垢沉积对壁面传热的影响规律。结果表明：污垢形态随沉积时间增加而改变,不同位置处的沉积厚度差异显著,通道传热系数随时间先下降后趋于稳定,下降幅度为26.49%。     

矩形窄缝通道临界热流密度数值预测

利用已有的实验数据对Weisman模型和Kwon模型的计算结果进行计算与分析.结果表明:2套模型计算偏差分布趋势相似,但Kwon模型的分散度较小,精度更高.对于矩形窄缝通道,已有的汽泡壅塞模型预测精度较差;不宜将汽泡壅塞模型直接用于矩形窄缝通道.结合矩形窄缝通道自身的特性对其中的Kwon模型进行了拓展.改进后的模型具有...     

矩形窄通道内DRYOUT模型研究

液膜干涸（DRYOUT）被广泛认为是诱发环状流区临界热流密度（CHF）的机理,已有DRYOUT模型对于矩形窄通道能否适用缺乏实验验证。本文通过比较几组不同的沉积率、夹带率关系式,得到了一优化的DRYOUT模型。计算结果表明：本文的模型较已有模型具有更高的精度,可用于矩形窄通道CHF的预测计算。     

摇摆条件下窄矩形通道内流动传热特性数值模拟

建立窄矩形通道在摇摆条件下湍流流动的物理数学模型,应用数值分析方法模拟窄矩形通道的三维非稳态流动的传热过程;考察摇摆条件下通道内流动阻力和换热性能及其随雷诺数Re、摇摆周期T及摇摆幅度max影响的变化规律。结果表明,摇摆状态下窄矩形通道内速度场呈周期性变化;时均摩擦系数favg和时均努塞尔数Nuavg比非摇摆工况下的结果大,Nuavg满足拟合公式0.851 0.4Nu 0.023Re Pr;在相同Re和摇摆周期T下,通道内流体摩擦压降和Nu的变化幅值随max的增大而增大,其变化周期等于T;在相同Re和max下,摩擦压降pf和Nu的变化幅值随T的增大而减小,其变化周期等于T。     

单面加热矩形窄缝通道流型可视化研究

针对截面为40 mm×3 mm的竖直矩形窄缝通道,在低压以及入口温度过冷的条件下,对水流动沸腾的流型特征进行了可视化实验观察。观察到弥散泡状流、合并汽泡流、搅拌流和环状流4种流型;获得了矩形窄缝通道内流型的二维可视化图像,为流型的确认提供了直观的依据;对实验数据进行了初步分析,绘制了单面加热矩形窄缝通道内水流动沸腾的流型图。将本实验数据与现有的典型流型图进行了初步的对比分析,结果表明加热蒸汽-水的流型及其转变规律与绝热空气-水的差异明显。     

平行窄隙矩形通道间脉动演化过程的实验研究

基于可视化实验,对平行窄隙矩形通道间脉动演化过程进行了研究.实验采用三面可视的实验本体,在系统压力0.2～0.8 MPa、质量流量60～300 kg/h、入口过冷度20～80℃参数范围内开展.实验结果表明:在平行窄隙矩形通道间,脉动的演化过程与流量的变化、通道内流型的变化以及各特征点的转变过程紧密相关.当通道出口处于饱...     

矩形窄缝通道内单相水流动特性研究

通过理论分析,得到了计算矩形窄缝通道单相层流摩阻系数的公式。对小高宽比矩形窄缝通道内的流动特性进行了实验研究,结果表明：矩形窄缝通道内单相摩阻系数随Re变化的曲线和圆管有相同的趋势,但圆管流动摩阻公式不适用于矩形窄缝通道。矩形通道内摩阻系数与Re和通道截面高宽比有关,通道高宽比越小,摩阻系数越大。实验结果和理论推导结论一致。从截面湿周和切向应力两方面解释了高宽比对矩形窄缝通道内单相水层流摩阻特性的影响机理。     

水平矩形窄缝通道内水沸腾换热的实验研究

以去离子水为工质,在1.0～6.0MPa压力范围内,对大宽高比(1.0×60mm、1.8×60mm、2.5×60mm)矩形狭窄通道内两相沸腾的换热特性进行了实验研究.分析了压力、窄缝间隙、热流密度、质量流量、含汽率等参数对矩形窄缝通道内水的沸腾换热的影响,得到了矩形窄缝通道内沸腾换热经验关系式,与实验数据符合良好.     

摇摆运动下矩形窄通道内摩擦压降特性研究

以水为工质,进行了摇摆运动下矩形窄通道内单相与流动沸腾阻力实验,获得了摇摆运动下瞬态压降波动规律,并对摇摆运动影响压降波动的机理进行了分析。摇摆运动使摩擦压降产生周期性波动,单相流动时,随系统流量、工质温度的升高,摇摆对压降波动的影响越发减弱;流动沸腾时,摇摆运动通过改变系统空间位置使压降呈明显的周期性波动,其波动幅度随出口含气率、系统流量、摇摆周期和角度的增大而增大,随系统压力的增大而减小。     

窄缝矩形通道单相流动及传热实验研究

以垂直向上窄缝矩形通道内去离子水为流动介质,对单相等温流动及恒热流密度条件下的单相传热进行了实验研究.结果表明,窄缝矩形通道内的单相等温流动特性及单相传热特性并未偏离常规尺度通道内的相关规律,采用经典理论解或关系式能获得较好的预测结果.     

窄矩形通道临界流数值模拟

冷却剂通过细微裂缝泄漏的主要机理为临界流流动,准确预测临界流流量是实现破前漏（LBB）应用的关键。基于空化模型对窄矩形通道的临界流进行了数值模拟,探讨了表征气泡半径和气化核心密度的常数项（C）对于临界流的影响。结果表明,当C=1.25时模拟结果与实验值符合良好;在实验工况范围内,临界流质量流速的模拟结果与实验值的误差在±15%以内;修正后的空化模型可用于模拟计算上游温度、压力工况下的临界流质量流速以及归纳临界流流量变化规律。      

窄间隙矩形多通道流动交混特性数值模拟

采用CFD程序CFX对窄间隙矩形多通道内流体的交混特性进行了数值模拟.数值计算结果表明:流体经过全部的交混段后,两边侧边通道内的流量低,中间4个主通道内的流最高.入口流量大小不同的条件下,流体经过全部的交混段后,主通道内的流量都趋于一致.前4段的流动交混较为明显,随着轴向交混段的增加,交混量越来越小;流体交混时,主通道入口流量大的通道内的流体向入口流量小的通道内运动,初始阶段在侧边通道和交混段产生了较强的二次流,但随着轴向交混段的增加,二次流变得越来越小.     

中国先进研究堆矩形通道流场数值计算分析

通过SIMPLE数值方法,编制程序,对中国先进研究堆(CARR)全流道进行流场数值模拟.采用对CARR的单个冷却剂通道进行单相水的数值传热计算,并递增地改变流道入口流速,计算获得与入口流速对应的流道速度场与温度场分布,展现其变化规律,分析入口流速对流道热工水力参数分布的影响.采用所编制的程序,对板式燃料组件构成的窄矩形通道进行数值模拟,由此来确定热工水力设计需要的一些反应堆安全参数.这些安全参数为反应堆事故监测系统提供必要的热工过程状态信息,也为CARR提供必要的数据参考.     

矩形窄缝通道流固共轭传热数值分析

优化设计矩形窄缝流道角部非加热区时,需了解该区域固体的温度场及导热机理对换热的影响.本文采用CFD软件CFX对矩形窄缝通道内流固共轭传热进行了数值分析.研究结果表明:角部附近设计1 mm×2 mm非加热区域后,能够有效地避免角部热集中现象,非加热区对流道中间部位温度场的分布影响不大;非加热区域固体设置为导热边界条件时,角部附近加热面上的内壁面热流密度和温度的分布变得不均匀;同体金属材料的热传导使得非加热区域内固体的温度有所升高,有利于提高该区域流体的温度;非加热区域固体设置为绝热边界条件时,等体积热流密度和等壁面热流密度对矩形通道内的换热性能影响不大.     

矩形窄缝流道内窄边近壁区域流场和温场的数值模拟

矩形窄缝流道窄边附近流场和温场的分布对于优化设计宽边和窄边边角近擘区域的加热方式具有重要的意义,是设计者非常关心的问题之一。为了深入了解矩形窄缝流道内近壁区域的流场和温场的分布情况,采用商用计算流体动力学程序CFX对矩形窄缝内流场和温场进行了求解和分析,获得了矩形窄缝流道内宽窄边交界边角区域的流场和温场的分布情况,并对该区域的流场和温场及其影响因素进行了分析。     

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。     

窄矩形通道内汽泡聚合行为研究

采用实验方法对窄矩形通道内过冷沸腾时的汽泡聚合行为进行了可视化研究。矩形通道的尺寸为2 mm×40 mm×700 mm。实验参数为：实验段入口处绝对压力p_in=0.55 MPa,入口过冷度Δt_in=31 ℃,质量流速G=516 kg/(m²•s),平均速度v=0.52 m/s。采用高速摄影仪对实验流道进行拍摄,拍摄速度为5 000帧/s。将汽泡聚合过程分为4个阶段：靠近、融合、调整和稳定阶段。发现聚合后的汽泡运动速度会先增大再减小,最后趋于稳定。调整阶段汽泡形态不断变化,椭球形、圆形交替出现;伴随着形变,聚合汽泡的角度、长短轴长也会有相应的变化。最后发现在汽泡聚合过程中会诱导出一个新的小汽泡。     

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。     

矩形窄缝通道内汽泡脱离直径可视化研究

以去离子水为介质,研究热流密度、入口过冷度和质量流速等热工参数对矩形通道内汽泡脱离直径的影响。主要参数如下:主流流体流动方向分别为竖直向上和纵倾45o,压力为0.16 MPa,质量流速G=300~700 kg/(m2.s),热流密度q=27.6~228.3 kW/m2,入口过冷度ΔTsub=20~40℃。研究发现,热流密度和入口过冷度对汽泡脱离直径的影响不明显;随着质量流速的增大,汽泡脱离直径明显减小。