非凝性气体对汽-气稳压器稳压的影响研究

通过分析相间的传热传质过程以及非凝性气体存在时壁面蒸汽冷凝过程,建立了汽 气稳压器模型,研究了非凝性气体对稳压过程的影响,描述了稳压器的稳压特性,并将模型计算结果与MIT稳压器实验数据进行了对比。结果表明：当不含非凝性气体时,计算精度高,相对偏差在0.8%内,压力峰值为0.647 MPa;当非凝性气体含量从0增至20%时,计算精度相对减小,最高相对偏差为15.4%;压力峰值从0.647 MPa增至1.02 MPa。研究表明非凝性气体对稳压器稳压过程具有重要影响作用,随着非凝性气体的种类和含量的变化,稳压器内稳压过程发生显著变化。     

含不凝性气体的蒸汽冷凝传热实验研究

对含不凝性气体的蒸汽在竖直圆管外表面冷凝传热进行实验研究,分析过冷度、压力、不凝性气体质量分数以及氦气占比对蒸汽冷凝换热的影响,给出冷凝传热过程中的经验关联式并同经典公式进行对比。结果表明:在压力不变的条件下,壁面过冷度同冷凝传热系数的变化趋势相反;实验范围内,未发生氦气分层现象;所得到的经验关联式具有更广的适用范围,且其与实验值的误差在±20%以内。     

含不凝性气体的蒸汽冷凝传热实验研究

对含不凝性气体的蒸汽在竖直圆管外表面冷凝传热进行实验研究,分析过冷度、压力、不凝性气体质量分数以及氦气占比对蒸汽冷凝换热的影响,给出冷凝传热过程中的经验关联式并同经典公式进行对比。结果表明:在压力不变的条件下,壁面过冷度同冷凝传热系数的变化趋势相反;实验范围内,未发生氦气分层现象;所得到的经验关联式具有更广的适用范围,且其与实验值的误差在±20%以内。     

流速对含不凝气体的蒸汽冷凝的影响

蒸汽在安全壳内壁面上的冷凝是事故发生后安全壳内的气体向壳壁传热的主要方式,是影响钢制非能动安全壳压力响应的重要因素。针对事故后核电厂安全壳内的事故工况条件,在较宽的参数范围内开展了蒸汽冷凝传热过程的试验研究。试验压力为0.11~0.5 MPa(d),主流空气质量分数为29%~78%、壁面过冷度为26~60℃,混合气体平均流速0.4~1.9 m/s。试验结果表明:在0.9 m/s以下的低流速范围内,试验数据与经验关系式的计算结果符合较好;流速高于0.9 m/s时,流速成为影响含有不凝性气体的蒸汽凝结传热的主要因素之一;主流空气质量分数较低时,流速对含有不凝性气体蒸汽冷凝的传热系数的影响更加显著;对于伴有蒸汽冷凝的对流换热过程,由自然对流向混合对流转变的判据与单相对流换热过程不同。     

竖直圆管外含空气蒸汽冷凝传热的实验研究

通过对含空气蒸汽在竖直圆管外表面冷凝传热的实验研究,分析了空气质量分数、压力及过冷度对蒸汽冷凝换热的影响,给出了含空气蒸汽的冷凝传热过程中的实验关联式。结果表明：在空气质量分数及压力不变的条件下,壁面过冷度对冷凝传热系数的影响高于纯蒸汽冷凝过程中的Nusselt层流解;所得到的实验关联式具有更广的适用范围,且其与实验值的误差在±10%以内。     

不同管径与倾角下单管和管束外含空气蒸汽冷凝对比分析

为评估不同传热管结构参数下单管与管束外含空气蒸汽冷凝传热规律的差异,基于外径12～19 mm、倾角0°～90°的单管和3×3管束在压力0.2～1.6 MPa、空气质量份额12%～87%的参数范围内开展了试验研究。结果表明：不同压力范围内,管径和倾角对单管和管束的影响呈现不同的规律。在压力小于0.8MPa时,管束冷凝传热受管径和倾角影响的规律与单管总体一致,两者的冷凝传热系数均随管径和倾角的减小而增大。在0.8～1.6 MPa时,管束冷凝传热受管径和倾角的影响与单管存在明显差异。结合不凝性气体影响蒸汽冷凝传热的机制对所呈现的一致性和差异性规律进行了分析。     

含有非凝性气体的蒸汽凝结数值模拟研究

非凝性气体对蒸汽的凝结过程有明显影响,导致凝结流量减小,进而导致凝结传热系数降低。本文采用CFD方法模拟含有非凝性气体的蒸汽凝结,并与现有实验数据进行比较。结果表明CFD数值计算结果精度较好,证明了用多相流模型的方法处理非凝性气体影响凝结问题的可行性。本文还讨论了蒸汽分压、非凝性气体的质量浓度等对蒸汽凝结过程中传热系数的影响及凝结过程对温度场、速度场分布的影响。     

竖直管束外含空气蒸汽冷凝的实验研究

本文对竖直管束及单管的管外冷凝换热进行了实验研究,分析了管壁面过冷度、混合气体压力和不凝性气体含量对管束外冷凝传热性能的影响,对比了管束与单管的传热特性,给出了管束外冷凝传热系数的计算关联式。研究结果表明,管束的平均冷凝传热系数随过冷度的增大而减小,随混合气体压力的增大而增大,随不凝性气体质量分数的增加而减小。在混合气体高压力、低不凝性气体含量时管束的传热效果明显优于单管。关联式计算值与实验值误差范围小于±10%。     

安全壳冷却系统蒸汽冷凝传热研究综述

为保证事故条件下核电厂安全壳的完整性,新一代核电厂广泛采用安全壳冷却系统对事故中释放的蒸汽进行冷却,达到持续稳定导出堆芯蓄热与衰变余热的目的。含不凝性气体（空气、氢气等）的蒸汽在安全壳换热壁面上的冷凝传热成为疏导安全壳内部热量的重要手段。本工作对核电厂事故条件下含不凝性气体蒸汽的冷凝传热进行综述研究,深入全面分析传热过程,提出针对性意见,为核电厂安全壳冷却系统的热工水力研究奠定了基础。     

壁面过冷度对水平管内含空气蒸汽冷凝换热影响

为研究壁面过冷度对含不凝性气体蒸汽流动冷凝换热能力的影响,分别进行水冷却与空气冷却条件下空气-蒸汽混合气在水平管内的流动冷凝实验,分析空气入口质量分数,混合气入口流速以及管外冷却剂体积流量变化时,管内局部换热系数随壁面过冷度的变化规律。结果表明:在环状流及波状流范围内,局部换热系数随壁面过冷度的增加而增大;在分层流范围则随壁面过冷度的增加而减小;空气含量与混合气流速的增加,会使得环状流和波状流下壁面过冷度增大对冷凝换热能力的促进作用更为显著。     

高压下含不凝性气体的冷凝换热模型研究

少量的不凝性气体会在很大程度上削弱蒸汽凝结的热传递,现有的含不凝性气体的冷凝换热模型大都建立在理想气体状态方程的基础上,但高压条件下气体受到压缩作用,基于理想气体建立的传热模型预测值与实际值偏差较大。为建立高压下含不凝性气体的冷凝预测方法,对一体化堆安全分析提供技术辅助手段,本研究基于实际气体方程,在扩散层理论的基础上引入液膜波动因子、抽吸因子、雾化因子等修正系数,建立了高压下含不凝性气体的冷凝换热模型。本文模型和Kim试验数据进行了对比分析,改进后的模型比基于理想气体的模型预测值偏差范围更小,相对偏差大部分到±25%以内,充分体现了高压条件下模型的适用价值。     

几何参数对含空气蒸汽冷凝影响的数值分析

含空气蒸汽冷凝是反应堆失水事故时安全壳内重要的热工水力现象。已有研究多关注气体压力、温度等热工参数对传热特性的影响,而对几何参数的影响及其作用原理分析较少。采用三维CFD数值模拟方法,基于扩散边界层冷凝机理模型研究了管径(4~60 mm)、管长(0.1~7 m)及倾角(0°~90°)对含空气蒸汽冷凝传热特性的影响。结果表明,管径、管长及倾角均对含空气蒸汽冷凝传热特性有显著影响。平均冷凝传热系数随管径的增大而减小;随管长的增长先减小后增大,3 m左右达到最小值;随倾角的增大而增大。局部冷凝传热系数沿管长方向先迅速减小后缓慢增大。倾斜布置时,迎流面产生明显传热强化,向两侧逐渐减弱,背流面存在一定的传热抑制。     

不凝性气体对高温锂热管传热特性的影响研究

热管作为一种具有高热导率的传热装置,工作核心在于其内部工作流体的蒸发和冷凝。若热管工作过程中气腔内存在不凝性气体,主流区中蒸气和不凝性气体在对流运动的作用下将一起移动到气-液分界面,不凝性气体的存在阻碍了工作流体在气-液交界面处的正常冷凝。本文基于热阻网络法添加了不凝性气体区域传热模型,研究了不凝性气体对高温锂热管稳态传热特性的影响。结果表明,热管达到稳态时不凝性气体的存在缩短了热管的有效传热长度,破坏了热管的等温性和良好的传热效率。此外随着不凝性气体体积份额的增大,不凝性气体区域温度降低幅度越大;随着热管蒸发段输入功率的增大,热管正常工作区域整体温度越高,相同质量的不凝性气体占据的体积份额越小,热管壁面温度出现明显温度梯度降低的位置随着功率升高而向下游移动。     

水平管内蒸汽冷凝局部换热特性实验研究

以水蒸气为工质,实验研究了水平管内纯蒸汽冷凝的局部换热特性。实验选取换热管内径为25 mm、换热管进口压力为0.15~0.4 MPa、局部蒸汽的Re=5756~92289,分析了蒸汽压力及流速、壁面过冷度对冷凝传热系数的影响,并将采用现有关系式计算的冷凝传热系数与实验结果进行了对比。结果表明：冷凝传热系数随壁面过冷度的增大而减小,随压力的升高和流速的增大而增大;采用现有关系式计算的冷凝传热系数与实验值的偏差较大,关系式有待进一步改进;在实验范围内,由拟合换热关系式计算所得冷凝传热系数与实验结果的相对偏差在15%左右。     

含不凝性气体蒸汽浸没射流冷凝压力振荡实验研究

实验研究了不凝性气体（空气）含量、水温和蒸汽质量流速对蒸汽浸没射流冷凝压力振荡特性的影响,实验工况横跨冷凝振荡（CO）区和稳定冷凝（SC）区。结果表明：对于纯蒸汽射流,压力振荡主频随水温的升高而降低,振荡强度随水温的升高而升高;在CO区,振荡主频和振荡强度均随蒸汽质量流速的升高而升高;在SC区,振荡主频随蒸汽质量流速的升高而降低,振荡强度基本上不随蒸汽质量流速的变化而发生改变;对于含空气射流,随空气质量分数的增加,振荡主频总体呈下降趋势,振荡强度先迅速下降后小幅上升,在空气质量分数为0.05～0.1区域内振荡主频和振荡强度均存在极小值。     

Steam condensation on finned tubes,in the presence of non-condensable gases and aerosols: Influence of impaction,diffusiophoresis and settling on aerosol deposition

This paper presents a mechanistic model to predict the steam condensation on containment finned tube heat exchangers in the presence of non-condensable gases (NC) and aerosols. The total thermal resistance from the bulk gas to the coolant is formulated as a parallel combination of the convective and condensation gas resistances coupled in series to those of condensate layer, the aerosol fouling layer, the wall, and the coolant. The condensate layer thermal resistance is calculated by means of an Adamek-based condensation model. The aerosol fouling layer is computed based on diffusiophoresis, settling and impaction mechanisms. The gas mixture (steam plus NC) thermal resistance is formulated based on a diffusion layer modeling. Finally, this paper presents a Montecarlo method implemented in the FORTRAN code TAEROSOL that is able to compute the amount of aerosol mass that is deposited by impaction on the top of the finned tubes. The model results are compared with the available experimental data of the CONGA European project.     

Reflux condensation of flowing vapor and non-condensable gases counter-current to laminar liquid film in a vertical tube

An analytical model using the heat and mass transfer analogy approach was developed for local heat transfer in reflux condensation of flowing vapor and non-condensable gases counter-current to laminar liquid film in a vertical tube. The liquid film model was derived from the two-phase integral momentum equations for counter-current flow. The non-condensable gas effect was accounted for using the diffusion layer theory. The momentum, heat and mass transfer for the liquid and gas phases are coupled together by the shear stress, temperature and gas mass fraction at the two-phase interface, which together with the unknown vapor flow conditions at the outlet of the tube were solved iteratively. The model anticipates that vapor might not necessarily condense completely inside the tube. The root mean square of the theory's relative error is 30% compared with available experimental data. The model provides a mechanism for the safety analysis codes to evaluate reflux condensation in the presence of non-condensable gases.