窄矩形通道两相流动沸腾压降特性实验研究

实验研究了横向均匀和非均匀(多项式和正弦分布)加热条件下垂直矩形通道(2 mm×60 mm×1 000 mm)的沸腾压降特性,实验段为双面加热,有效加热面尺寸为56 mm×700 mm。工作流体为去离子水,通过改变入口压力和流量边界开展不同参数工况下的实验研究。结果表明,两相压降梯度随饱和压力的增加而减小,随质量流速的增加而增大,含气率对两相压降的影响与质量流速有关,横向功率分布形式对流动沸腾压降也有重要影响。基于均匀加热实验数据对现有的两相压降预测模型进行了评价,发现使用等效黏度假设的均相模型极大低估了实验值,且预测结果的分散度较大;分相模型中Müller-Steinhagen和Heck、Li和Wu关系式预测效果最好,平均绝对误差分别为11.8%和12.3%,且大多数预测值在±20%误差带内。本文基于Müller-Steinhagen和Heck关系式形式引入邦德数Bo考虑表面张力的影响,拟合得到新的预测关系式,该关系式对实验数据的预测误差在±8%的误差范围内。     

中压沸腾工况相径向分布实验研究

采用高温高压单探头光学探针．在中压沸腾工况下进行了局部空泡率与汽泡频率径向分布特性实验研究,并根据探针信号对两相流流型进行了识别,分析了中压沸腾工况下空泡率径向分布与流型的关系。研究结果表明：随热平衡含汽率增加,整个直径方向上空泡率分布从近U形向鞍形和弧形发展;汽泡频率则以近U形分布为主;泡状流工况下,空泡率呈U形或近壁区显著高于中心区的鞍形分布,弹状流工况下,中心区空泡率略低于近壁区。整个直径上空泡率呈弧形分布。     

流动沸腾条件下窄通道内的汽泡生长和冷凝

针对过冷沸腾条件下窄通道内的汽泡生长和冷凝进行实验研究。实验中观察到了两类汽泡的生长和冷凝,分别称为第1类汽泡和第2类汽泡。其中第1类汽泡生长速度较快,且在滑移离开核化点之后迅速冷凝消失。而第2类汽泡的生长速度较慢,且滑移很长一段距离后也不会冷凝消失,具有更长的存活时间。两类汽泡的生长可采用不同的关系式进行预测,且生长冷凝特性均表现出很强的随机性,体现出汽泡周围环境的微小变化对汽泡行为的影响。     

管束通道内沸腾两相流特性的研究

以R113为工质,采用高速动态分析仪对垂直管束通道内的沸腾两相流型及其转变特性进行了实验研究。对管束狭窄通道内沸腾两相流型进行划分,并与圆管内的两相流型进行比较,在此基础上对通道几何形状及物理参数对管束通道内沸腾两相流型及其转变特性的影响进行分析,为进一步对管束通道内流型判定、沸腾换热及阻力压降的研究奠定了基础。     

过冷流动沸腾中汽泡脱离直径的理论研究

汽泡脱离直径模型是壁面沸腾计算中的一个重要子模型。为了正确预测过冷流动沸腾中的壁面传热情况,研究结合新改进的汽泡生长模型,采用力平衡方法对过冷流动沸腾中的汽泡脱离直径进行了模拟。汽泡生长模型同时考虑了微液层、过热层和汽泡顶部过冷液体层对汽泡生长所做的贡献,并采用饱和沸腾与过冷沸腾2个实验对其进行了验证,结果表明预测曲线与实验值吻合良好。另外,选取了3个过冷流动沸腾实验来验证汽泡脱离直径模型,模拟结果均在可接受的误差范围内。     

单棒垂直方形通道临界热流密度实验研究

采用R134a作为流体工质,对单棒垂直方形通道临界热流密度（CHF）进行了实验研究。流道横截面为19 mm×19 mm的方形通道,内置外径为9.5 mm的单根加热棒,用来模拟压水堆中典型栅元通道。实验工况通过流体模化方法覆盖了压水堆典型运行工况。实验结果表明,R134a在方形通道内的CHF参数趋势与圆管中水的CHF参数趋势相同,R134a可以替代水作为模化工质;通过对圆管Bowring关系式和Katto & Ohno关系式进行冷壁因子修正,可用于预测带有冷壁的方形通道的CHF;Katto的流体模化方法适用于带有冷壁的方形通道。      

亚临界及近临界压力区竖直管内沸腾传热实验研究

本文阐述在亚临界及近临界压力区,φ18×3不锈钢管内竖直下降汽水两相流沸腾传热特性的实验研究。实验参数为:压力 p=17.2—22.6 MPa,质量流速 G=800—2000kg/m~2·s,外壁热负荷q_0=220-460kW/m~2。实验结果表明,在亚临界及近临界压力区,竖直下降管内汽水两相流沸腾传热特性随压力提高得到改善;而在超临界压力下的传热特性比近临界压力区的差。     

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。     

含内热源多孔介质通道内流动沸腾两相压降的预测

为预测含内热源多孔介质通道内流动沸腾的两相阻力压降,以Ergun方程为基础,定义了多孔介质通道的Chisholm参数Y和全液相折算因子Φ_l0。通过理论分析和实验数据测量,明确了出口质量含气率x_e、质量流速G和小球直径d等对参数Y和Φ_l0的影响,并提出1个Lockhart-Martinelli（L-M）类型的两相阻力压降关系式。与文献中的其他公式相比,本工作提出的公式对实验结果能做出更好的预测。     

基于CFD方法的矩形窄缝通道内过冷流动沸腾模型研究

板状燃料元件中的矩形窄缝通道具有宽高比大的几何特征,高度方向速度梯度大、分布陡峭,发生过冷沸腾时,近壁面汽泡运动行为将受其影响而改变,其中汽泡滑移现象对沸腾换热影响较大。本文针对矩形窄缝通道中的汽泡滑移行为,构建了包含滑移热流的壁面热流分配模型,并建立机理性的汽泡受力模型和滑移模型计算汽泡脱离直径、浮升直径和滑移距离等辅助参数,开发了一套适用于矩形窄缝通道内向上流动沸腾的壁面沸腾模型。选用Nuthel窄缝通道沸腾实验进行数值模拟验证,结果表明：本文模型可以较好地预测1～4 MPa中低压工况窄缝通道向上流动沸腾的壁面过热度,最大误差相比RPI模型由80%降低至17%;蒸发热流份额和近壁面空泡份额相比RPI模型更低。     

环形窄缝通道中沸腾压降的实验研究

在1．5～6．0MPa压力下,通过内外管通电双面加热流体,对问隙为1．0mm和1．5mm垂直环形窄缝通道内饱和沸腾状态下的压降进行实验研究。通过实验得出了新的分液相摩擦倍增因子公式,用该公式得到的计算结果与实验数据符合较好,平均误差为11．6％。     

非线性振动下水平通道内气液两相流动研究

在地震等行为产生的非线性振动下,两相流体会影响回路传热并对装置结构进行冲击,因此对气液界面行为的把握对核安全具有十分重要的意义。本文通过将振动装置与两相流实验回路相结合的方法,对非线性振动下水平通道内气液两相流问题进行了实验研究。基于FLUENT平台,结合动网格模型及UDF编程手段建立了数学模型,并对数学模型进行验证。研究结果表明：模拟结果与实验结果具有很好的一致性;振动工况下气液两相流动形式不同于稳态工况,会出现更复杂的气液界面,主要流型有泡状流、弹状流、搅拌流、波状流及环状流;瞬时摩擦压降的波动幅度随振动幅度和频率的增大而增大,且与振动幅度相比,振动频率对其影响更大。     

带定位格架棒束通道内两相流型研究

在空气-水两相流动工况下,将RBI光学探针测得的时序波形和目测相结合,对AFA-2G 33定位格架组成的棒束通道内存在的两相流型进行了识别。通道水力当量直径为8.98mm,元件的棒径为9.5mm,栅距为12.6mm,棒壁距为2.65mm。液相和气相表观速度范围分别为0.40-2.69m/s,0.02-2.99m/s。试验获得了流型图。结果表明,定位格架结构,特别是交混叶片对定位格架附近区域两相流型变化有重要影响,在棒束通道内的同一截面上存在不同种类流型。     

矩形小通道内空气-水两相流动均相流模型研究

在机玻璃竖直矩形通道内,以空气和去离子水为工质获得实验数据。据此对竖直矩形小通道内均相流模型的适用性进行评价。结果表明,采用McAdams两相粘度时均相流模型及Chen等提出的修正均相流模型能较好用于1.41 mm间隙通道压降的预测,平均绝对误差分别为10.92%和12.20%;采用McAdams两相粘度时均相流模型对于3 mm间隙通道在两相雷诺数Re大于6000时平均绝对误差为10.04%,但气-液两相Re较低时预测偏差较大。通过实验数据分析得到了均相流模型适用于3 mm间隙通道的范围;针对两相Re较低的区域拟合得到了新的经验关系式,其预测值与实验值符合较好。     

流道方位及运动对沸腾两相流动传热行为的影响

基于两流体模型与固壁非稳态导热模型,结合有关关联式组合与参数综合比选下的模型验证,建立分析流道内沸腾流动传热的瞬态数值模拟程序。通过引入运动下附加加速度模型,研究流道形位与运动等因素对流道内沸腾流动与传热的影响。诸因素对沸腾传热系数、流动压降、固壁温度以及传热流动的瞬态行为影响的计算分析结果对相关堆芯流道的试验设计与应用具有指导意义。     

Experimental Study on Two-phase Flow Boiling Pressure Drop Characteristics in Narrow Rectangular Channel

The flow boiling pressure drop characteristics of a vertical rectangular channel (2 mm×60 mm×1 000 mm) were studied under transverse uniform and non uniform heating. The test section was double-sided heating with an effective heating area of 56 mm×700 mm. Three kinds of heating power distributions (uniform, polynomial and sinusoidal) were selected, and the working fluid was deionized water. A wide range of operating conditions was obtained by varying the inlet pressure and mass flux. The results show that the pressure drop gradient decreases with the increase of saturation pressure and increases with mass flux. The influence of vapor quality on two-phase pressure drop is related to mass flux, and the transverse power distribution has an important effect on the flow boiling pressure drop. Based on the experimental data of uniform heating, the existing two-phase pressure drop prediction model was evaluated. The homogeneous model using the equivalent viscosity assumption significantly underestimated the experimental values, and the data dispersion is relatively large. The Müller-Steinhagen and Heck and Li and Wu formulas are found to be the best with mean absolute errors of 11.8% and 12.3%, and most of predicted values are within ±20% error band. In this study, a new correlation based on the form of Müller-Steinhagen and Heck formula was proposed, and the Bond number Bo was introduced to consider the effect of surface tension. The prediction error of the new correlation for experimental data is within 8% error band.     

并联双通道密度波不稳定性实验研究

采用两个相同的加热通道构成试验段,进行并联双通道密度波不稳定性实验研究。主要研究系统压力、质量流速和入口过冷度对流动不稳定性的影响,并给出过冷度-相变数边界。