垂直管内蒸汽冷凝回流阻流分析模型的研究

在汽液两相分离流动模型的基础上,建立了垂直管内蒸汽冷凝回流阻液分析模型。采用该模型对单相Ｕ型管内蒸汽冷凝回实验参数下的阻液起始点进行计算,计算结果与实验结果符合较好。     

U形管内蒸汽冷凝回流的实验研究

在单根U形管内进行蒸汽冷凝回流实验 ,研究冷凝回流的流动及阻液现象。U形管内径为 2 0mm ,总高度为 4 1m和 7 0m两种。主要实验参数范围为 :系统压力 0 1～ 6.0MPa ,蒸汽质量流速 4～ 4 5kg/ (m2 ·s) ,二次侧进口冷却水温度 2 0～ 1 96℃。给出了不同压力下冷凝回流阻液起始点无因次汽相折算速度jg ,并与典型的现有阻液计算关系式和分析模型进行了比较。实验结果与Wallis关系式 ,j 1/ 2g+j 1/ 2f =C(C =0 .8～ 0 .9) ,Faghri关系式 ,Kg1/ 2 +Kf1/ 2 =3.2tanhD 1/ 4,以及作者提出的基于分离流模型和包络理论的阻液分析模型的计算结果较好符合     

U型管内蒸汽冷凝回流压降特性的研究

进行了单根 U型管内蒸汽冷凝回流实验。 U型管的内径为 20mm,总高度为 4.1m和 7.0m两种。在系统压力 0.1～ 6.0MPa、蒸汽质量流速 4～ 45kg/m2· s、二次侧进口冷却水温度 20～ 196℃的范围内,研究了 U型管内蒸汽冷凝回流的流动及其压降特性。     

垂直管内含不可凝气体蒸汽的冷凝换热MELCOR数值模拟

采用MELCOR程序建模,对垂直管内含有空气的冷凝传热过程进行模拟计算,并将数值模拟结果与Kuhn的实验进行比较。结果表明,MELCOR模拟结果基本与实验结果基本吻合,验证了MELCOR模型的合理性。但是,MELCOR模拟蒸汽传质和液膜累积过程偏大,使得总换热系数偏大。通过对MELCOR模型参数进行修正,调整后计算得到的液膜厚度和换热系数比调整前减小,且结果与实验吻合得很好。     

垂直管内含不可凝气体蒸汽的冷凝换热数值模拟

在分析液膜和蒸汽-空气边界层,在质量、动量、能量和组分守恒方程的基础上建立数学模型,模拟空气对冷凝换热的影响,并考虑界面剪切力和吸入效应的作用。数值求解结果与Kuhn实验结果的比较表明,计算数据与实验数据吻合较好,验证了模型的正确性。     

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。     

竖直管内蒸汽完全冷凝换热特性的理论研究

Nusselt模型是静止蒸汽在竖直平壁上层流膜状冷凝换热的理论模型。蒸汽在竖直管内冷凝时,受管内蒸汽流速的影响,冷凝界面存在剪切应力,导致直接采用Nusselt模型计算冷凝换热系数会引入较大偏差。以非能动余热排出换热器冷凝换热工况为研究背景,考虑界面剪切力的影响,对Nusselt冷凝换热模型进行修正。分别采用Nusselt模型和修正模型对竖直管内蒸汽完全冷凝时的换热特性进行分析并与实验结果比较。研究表明,蒸汽在竖直管内完全冷凝时界面剪切力会改变蒸汽和冷凝液膜的流动状态,其对冷凝换热的影响不能忽略。修正模型合理地考虑了冷凝界面剪切力的影响,计算结果与实验结果吻合较好。     

纯蒸汽在竖直管内非完全冷凝换热特性的实验研究

为研究纯蒸汽在竖直管内非完全冷凝的换热特性,使用内径为25 mm的换热管进行实验,入口压力为0.1～0.3 MPa,蒸汽质量流速为12～70 kg/(m²·s)。研究了入口压力、质量流速和质量含气率对管内平均和局部冷凝换热系数的影响,判别了冷凝过程中液膜流态,分析了液膜湍流度和液滴夹带对竖直管内冷凝换热的影响。结果表明：冷凝换热系数随着质量流速和质量含气率的增大而增大,竖直管的冷凝换热系数随着入口压力的升高而降低。实验中的液膜流型主要在过渡流区间,液滴夹带的发生使局部冷凝换热系数提高。对比4种环状流冷凝换热关系式计算结果发现,Shah的经验关系式基本偏差在±30%以内,平均绝对偏差(MAD)为18.91%。基于实验数据提出的经验关系式,其计算值和实验值基本偏差在±10%以内。     

水平管内含空气蒸汽强制对流冷凝换热模型研究

为研究含空气蒸汽在水平管内强制对流冷凝换热特性,基于对传热传质过程的分析,建立了管内为环状流与波状流条件下的流动冷凝换热模型。从潜热、显热和液膜3个环节对整个换热过程进行建模,最终得到计算局部冷凝换热系数的理论关系式。模型预测结果与实验数据的对比表明,二者相对偏差在±20%以内,验证了该换热模型的准确性与适用性。通过进一步的研究发现：从换热管入口至出口,随着冷凝的进行,管内换热主要热阻由液膜热阻向气液界面的凝结热阻转变;主流气体对流换热过程基本可忽略。     

在回流冷凝期间蒸汽发生器U形管热工水力行为的RELAP5分析

在采用34根U形管的Bethsy装置的回流冷凝实验中,在U形管中观察到了蒸汽顺向流动和氮气反向流动的不同流动形态。本研究中,使用RELAP5／MOD3．2模型,计算了二流道和三流道中U形管的行为。通过修改计算摩擦系数的加权因子,成功地计算了氮气的反向流动。在计算中,通过改变二流道流动面积的比值,假设在最大的氮气再循环流速情况下流动最稳定,预测了蒸汽顺向流动的能动U形管的数目,该数字与在4种不同的U形管中所观察到的能动U形管的数日（19-24根U形管）吻合良好。在进行三流道计算时,没有使用假设,在序列计算（本研究的4种情况）中,具有不同的流道面积比值的三流道的能动U形管的比值的平均值很好地预测了能动U形管的比值。结果证实了在最大的氮气再循环流速处流动可能是最稳定的假设的真实性,并且这种假设似乎最有可能出现在不同数目的能动U形管中。     

界面切应力对垂直圆管内回流冷凝传热的影响

本文在分析压水堆小破口失水事故中蒸汽发生器回流冷凝传热机理的基础上，针对界面切应力的影响，修正了Ｎｕｓｓｅｌｔ冷凝传热模型，并成功地编制了计算程序，获得了多种工况的传热计算结果。本文为反应堆小破口事故中回流冷凝的模拟提供了理论依据。     

竖直管内纯蒸汽冷凝换热机理模型的开发

为提高大型热工水力程序对换热系数估测准确度,从竖直管内冷凝换热机理出发,通过求解守恒方程,分别建立适用于竖直管内纯蒸汽冷凝层流和湍流的机理模型。将开发的机理模型计算结果、RELAP5计算结果与Kuhn实验的层流和湍流实验数据对比,机理模型计算结果精度高于RELAP5,并与实验结果符合良好。     

Mid-loop工况冷凝回流冷却措施分析

核电厂在Mid-loop工况下由正常余热排出（RHR）系统移出堆芯衰变热,一旦丧失RHR系统,若不采取措施,堆芯在沸腾后可能裸露并最终损坏。本工作以300 MW核电厂为对象,采用RELAP5/Mod3.2程序对Mid-loop工况下丧失RHR系统时的冷凝回流冷却措施进行分析。结果表明,在RCS回路封闭的情况下,两台蒸汽发生器（SG）均充满水,或1台SG充满水且辅助给水系统可用时,通过冷凝回流可维持24 h堆芯不裸露,即冷凝回流是可行的缓解措施之一。     

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%。     

补水箱内的直接接触冷凝模型研究

补水箱是核反应堆安全系统中的重要设备。事故工况下补水箱内可发生剧烈的直接接触冷凝过程,导致补水箱内压力的迅速降低乃至振荡,影响补水箱的安全注入功能。为提高对补水箱安注行为预测的准确性,本文基于射流速度分布理论和假想管嘴分析方法,考虑液相的温度分层对传热温差的影响,结合补水箱内直接接触冷凝的一般过程,建立了针对性的冷凝传热计算方法。利用该模型对现有实验数据进行了预测,符合良好,初步验证了模型的有效性。相关研究有助于提高补水箱安注过程和相关事故安全分析的准确性。