环形通道内液态金属钠沸腾两相流动特性实验研究

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。实验中质量流速G≤2 000kg·m-2·s-1,系统压力p≤0.1 MPa,热流密度q≤550kW·m-2。两相流动摩擦压降通过在相同质量流量的单相流动摩擦阻力系数的基础上引入两相摩擦倍增因子来考虑两相的影响。实验结果表明:环形通道内液态金属钠两相摩擦倍增因子随Martinelli参数的增大有减小趋势。综合本文实验数据、Lurie等的实验数据以及Kaiser等的棒束实验数据,拟合得到了计算液态金属钠沸腾两相流动摩擦倍增因子的关系式。计算了本文拟合得到的关系式与各组实验数据间的相对标准偏差(RSD),表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流动特性。     

液态金属钠沸腾两相流动传热特性理论研究

在实验的基础上对液态金属钠沸腾两相流动传热特性进行理论研究。计算对象为环形流道。单相流动区域认为液态金属钠不可压缩;两相流动区域考虑钠蒸汽的可压缩性。两相流动区域选用均匀流模型,求解过程中采用迎风格式进行积分。将模型计算结果与相关实验数据进行对比,结果表明本文模型可用于计算液态金属钠沸腾两相流动传热特性,模型计算结果在一定程度上能完成对实验工作的拓展。     

环形通道内液态金属钠流动换热特性实验研究

对液态金属钠在环形通道内的单相流动换热特性进行了实验研究。结合实验数据,将液态金属钠单相流动分为层流区(Re≤2 000)、过渡区(2 000Re≤4 000)及湍流区(Re4 000),分别拟合得到不同流态下摩擦系数的计算关系式,并拟合得到液态金属钠环形通道内换热特性的相应关系式。结果表明:液态金属钠单相流动特性与常规流体(如水)类似,其层流区摩擦系数略大于水,湍流区与水的很接近。液态金属钠对流换热过程中,导热项占较大份额,同时Nu随Pe的增大而略有增大。     

环形通道内液态金属钠流动传热特性数值模拟

利用数值方法,使用商用软件ANSYSCFX,针对内径4~10mm、外径7~20mm的环形通道内不同边界条件下单相钠的流动和传热特性进行了研究,分析了流速、入口温度、内壁面热流密度和外壁面热流密度等对其流动传热的影响。结果表明,环形通道间隙对液态金属钠流动和传热影响较大,热流密度对其影响较小。将计算结果与文献中理论和实验结果进行了比较和分析,得出环形通道内液态金属钠的传热关系式。数值模拟结果与文献实验结果吻合较好,总体趋势符合良好。     

环形通道内钠流动起始沸腾壁面过热度实验研究

对环形通道内金属钠起始沸腾壁面过热度进行实验研究。实验段长800 mm,环形通道外径10 mm,内径6 mm。电加热元件最高热流密度为846 kW/m²,进口过冷度为63.1～287.8 ℃,质量流量为7.2～122.0 kg/h,系统压力为0.85～28.79 kPa。实验结果表明,起始沸腾壁面过热度随热流密度和进口过冷度的增加而升高,随质量流量和系统压力的增加而降低。拟合得到了关于起始沸腾壁面过热度的半经验关系式,关系式计算结果与实验数据符合良好。     

环形狭缝通道内沸腾换热传热特性的实验研究

对环形狭缝间隙为 1 0mm ,低质量流量下 ,狭缝内流动沸腾换热的传热特性进行了实验研究。实验以去离子水为工质 ,实验压力范围为 :1 5 5～ 3 72MPa,质量流量的范围是 :9 5 3～ 1 9 65kg/h。实验研究结果表明 :1 以Jens lottes公式对实验数据进行整理 ,得到的公式中的系数明显增大 ,而以Chen公式对实验数据进行整理 ,得到的公式中的系数则有所减小 ,说明此时环形狭缝间隙内的流动沸腾换热很可能是泡核沸腾和两相强制对流共同起作用的结果。 2 在实验所做的参数范围之内 ,内管的传热系数比外管的高。     

液态金属钠在圆管内传热特性数值模拟研究

为研究液态金属钠在不锈钢材料表面流动时的湍流传热特性,在已有实验研究的基础上,提出了k-ε模型下的湍流普朗特数Pr_t模型,并使用Fluent程序对圆管内的液态金属钠在不锈钢材料表面流动时的传热特性进行了计算。理论设计值与已有实验结果进行对比,二者符合较好。根据本文提出的Pr_t模型,可较为精确地计算液态金属钠在不锈钢材料表面流动时的传热特性。     

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。     

同心环形管内沸腾两相流动与传热实验研究

对窄缝为2．1mm的同心环形管,试验研究了外管加热条件下水的沸腾两相流动阻力与传热特性,得到了以下结果：窄缝环形管内两相流动的阻力较普通圆管内大,沸腾换热得到了较明显的强化,换热系数弓压力、热平衡干度、工质流量、加热负荷均有关系,且与缝隙宽度和加热方式有关;提出了环形管强化传热的微液膜蒸发机理与汽泡扰动机理的物理解释;得到了环形管内流动摩擦阻力系数与传热系数的实验关联式。     

液态金属钠在圆管中湍流传热特性研究

采用高Re k-ε模型与壁面函数法对液态金属钠在圆管中湍流传热特性进行数值计算,并与文献实验结果进行了比较,计算值与实验结果符合较好。同时应用该方法研究了湍流程度和加热条件对液态钠传热特性的影响。结果表明：湍流程度对传热的影响主要集中在流道前半段,后半段分子扩散对传热的影响逐渐凸现出来,使不同湍流程度流体传热特性的区别逐渐缩小。初始温度与热流密度对传热特性无明显影响。     

窄环隙流道内自然对流沸腾换热实验研究

以水为工质 ,在常压下对竖直和倾斜环隙流道进行了自然对流沸腾换热实验研究 ,给出并讨论了间隙大小、热负荷、倾角和表面张力对换热性能的影响 ,可视化观察加深了对窄小空间沸腾现象的认识。在实验的基础上 ,提出了一个新的、可以较方便使用的传热计算关联式。     

Experimental Studies on Heat Transfer by Natural Convection and Pool Boiling of Sodium in a Strong Magnetic Field

This report deals with an experiment on the heat transfer of liquid sodium, with particular reference to the effects brought by the application of a magnetic field on pool boiling. The test section, a heater pin of 6.5 mm diameter, was inserted vertically into the center of a sodium tank. The heating surface of the pin was parallel to the magnetic field as well as to the direction of gravity.

Under conditions of natural convection in a magnetic field, a sharp rise of the heating surface temperature was always seen to occur at some point when the heat flux was gradually increased, accompanied by the onset of sharp temperature oscillations.

The surface superheat required for the initiation of boiling decreased with increasing intensity of the applied magnetic field, reached a minimum, then increased again.

The surface temperature fluctuations in nucleate boiling was higher under magnetic field than when free of such influence. The critical heat flux for burn-out was not appreciably affected by magnetic field.     

Incipient Boiling of Sodium in Presence of Magnetic Field

A three-dimensional nuclear and thermo-hydrodynamic kinetics calculation code IBIS has been developed, envisaging the treatment of asymmetrical reactivity changes in a large fast breeder reactor. An example of calculation with this code is described, which reveals a difference of void propagation behavior, following a local disturbance, between homogeneous and heterogeneous cores, ascribable to the presence, in the latter case, of inner blanket layers, which act as barrier against void propagation. Of the two parameters of power-to-flow ratio and space-time variation in thermal power, the latter is the more influential on void propagation, and this makes it essential to perform three-dimensional space-dependent kinetic analysis for adequately simulating local perturbations in a heterogeneous core.     

液钠两相流动密度波型不稳定性实验机理分析

在高温钠沸腾试验回路上，对液钠沸腾两相流动密度波型不稳定性进行了广泛而又系统的实验研究，并理论分析了液钠沸腾两相流动密度波型不稳定性发生的区域、机理、临界条件等特性以及系统压力、质量流速、入口过冷度等对这些特性的影响。实验参数范围如下：系统压力Ｐ：２６００－１．１×１０５Ｐａ；入口过冷度Ｔｓｕｂ：２５．６－２２６．８℃；热流密度ｑ：８．０×１０４－４．７６×１０５Ｗ／ｍ２；质量流速Ｇ：４２．９－３８３．０ｋｇ／ｍ２·ｓ。     

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。     

六边形排列的7棒束通道内液态钠流动换热特性试验研究

以液态钠作为试验工质,对六边形排列的7棒束通道内液态钠流动换热特性进行了试验研究。试验流速为0～4 m·s^-1,热流密度为0～120 kW·m^-2,系统压力为1.5～200 kPa,对应的雷诺数和佩克莱数分别为4 000～60 000和0～340。深入分析了部分热工参数对7棒束通道内液态钠流动换热特性的影响,通过对7棒束通道内液态钠流动换热的试验数据的非线性拟合,得到适用于7棒束通道内液态钠流动换热的经验关系式。结果表明:拟合得到的摩擦系数关系式和努塞尔数关系式能准确地预测7棒束通道内的试验数据,其预测误差分别小于5%和6%。将获得的努塞尔数关系式与其他研究者的试验数据进行比较,与其他研究者98.5%的试验数据误差在30%以内,表明获得的关系式适用于7棒束通道内液态钠流动换热。