汽液两相临界流动的热力学非平衡两流体模型

提出了热力学非平衡两流体临界流六方程模型，并对汽泡增长方程，流体状态方程和基本结构关系式进行了改进。利用本模型成功地预测了本试验中的实验结果，并利用前人的实验数据验证了其通用性。此外还利用本模型分析了在临界流动中各参数的变化及破口通道长径比、破口通道直径，起始汽泡密度和汽泡直径对两相临界质量流速的影响。     

过冷沸腾通道内截面汽泡平均直径预测模型研究

通道内截面汽泡平均直径是计算两相流相间界面传递方程以及计算汽液相界面浓度的重要参数。综合考虑过冷沸腾工况下汽泡动力学、两相热力学以及汽泡聚合效应对通道内汽泡尺寸的影响,提出过冷沸腾通道内截面汽泡平均直径预测模型。将该模型与实验数据进行比较,预测值与实验值偏差±12.5%。     

相界面浓度输运方程在一维两流体模型中的应用研究

为解决一维两流体模型核电厂系统分析程序中使用流型图所带来的缺陷,提高系统分析程序计算的准确性,探索在一维两流体模型中应用相界面浓度输运方程（IATE）对两相流动进行预测。采用FORTRAN语言开发耦合了IATE的一维两流体模型求解器（Solver-IATE）,并对其进行验证。基于SolverIATE对小直径绝热圆管内向上泡状流进行了数值模拟,并与采用流型图的计算结果进行了对比。研究结果表明：采用IATE计算的相界面浓度结果比采用流型图的计算结果更接近实验值。因此,在一维两流体模型中使用IATE可以提高其计算相界面浓度的准确性,进而提高一维两流体模型核电厂系统分析程序计算两相间相互作用项的准确性,能更准确预测反应堆的瞬态响应特性。     

低压下水欠热流动沸腾的两相CFD数值模拟研究

采用两流体(汽相和液相)基本数学模型,结合汽相和液相之间的界面传热、传质和动量交换封闭模型、汽泡平均直径模型、汽泡脱离直径模型、汽泡成核模型、汽泡脱离频率模型、欠热沸腾起始点模型和壁面热流密度分配模型,在CFD软件CFX4.4中采用用户自定义函数将相变引起的传热、传质和动量交换作为源项分别添加到汽相和液相的能量、质量和动量守恒方程中,对低压下内管加热外管绝热的环形通道内的欠热沸腾进行了数值研究,得到了欠热流动沸腾下汽相体积份额、液相速度、汽相速度分布等。采用Lee等的环形通道内低压下欠热沸腾体积份额实验数据对计算结果进行了验证,吻合良好。     

过冷水流经通道的闪蒸临界流模型研究

反应堆发生失水事故时,破口处的临界流量决定着冷却水系统的装量,影响着堆芯燃料元件温度分布,对事故后果起重要作用。为了更好理解临界流动中各项参数的变化规律及机理,提出了两流体六方程临界流动模型,用来计算初始滞止状态为过冷水通过通道的临界流量。模型中既考虑了两相之间的动力学不均匀,也考虑了相间热力学不平衡。模型中引入了合适的计算闪蒸起始点位置和过热度的公式,并将汽泡增长方程与基本方程联立求解,可比较准确地反映汽泡的增长规律。在较宽的压力和温度范围内、不同长径比情况下,模型预测结果与试验结果符合较好,表明该模型具有较强的通用性。     

过冷水流经通道的闪蒸临界流模型研究

反应堆发生失水事故时,破口处的临界流量决定着冷却水系统的装量,影响着堆芯燃料元件温度分布,对事故后果起重要作用。为了更好理解临界流动中各项参数的变化规律及机理,提出了两流体六方程临界流动模型,用来计算初始滞止状态为过冷水通过通道的临界流量。模型中既考虑了两相之间的动力学不均匀,也考虑了相间热力学不平衡。模型中引入了合适的计算闪蒸起始点位置和过热度的公式,并将汽泡增长方程与基本方程联立求解,可比较准确地反映汽泡的增长规律。在较宽的压力和温度范围内、不同长径比情况下,模型预测结果与试验结果符合较好,表明该模型具有较强的通用性。     

基于一维漂移流模型的并联矩形双通道密度波流动不稳定性数值模拟

基于一维漂移流模型构建了并联矩形双通道密度波流动不稳定性数学模型。模型中采用Zuber推荐的经验关系式计算两相流体空泡份额,采用Chisholm关系式和中国核动力研究设计院自拟关系式计算两相流体的摩擦压降。求解过程中将质量方程、能量方程与动量方程解耦,并在计算域内沿流动方向依次求解方程组。计算过程中,首先开展稳态计算,在稳态解的基础上,通过添加流量或功率扰动,诱发流体周期性振荡,通过辨识瞬态计算中得到的流量振荡模式来获得流动不稳定边界。采用数值计算获得的密度波脉动图像与实验中观察到的密度波脉动现象的特征基本一致。最后,针对16组典型实验工况开展数值模拟,结果表明,大部分工况下计算不稳定界限热流密度与实验值的相对偏差小于±20%。     

自然循环两相漂移流理论分析模型的建立

以5MW核供热堆试验回路（HRTL－5）为物理原型，从理论上推导了加热段欠热沸腾，上升段入口附近的冷凝，上升段闪蒸以及气空间压力平衡等关系式，并考虑了热力不平衡等因素的影响，建立了一个完整的四方程漂移流模型，该模型适用于分析低压低干度自然循环系统的流动问题，通过引入凝边界层，首次解决了两相流动过程中汽泡在过冷水中的冷凝问题，对汽空间则推导了压力及液位的约束方程，方程组可采用积分方法求解，并利用Rung-Kutta-Verner方法求解所得的微分方程组。     

矩形窄通道内汽泡滑移与冷凝前期生长模型研究

矩形窄流道内汽泡生长会直接改变相界面浓度,从而影响流道的传热传质性能。为获得适用于窄流道内不同类型的汽泡生长模型,基于通体可视的实验本体,开展壁面沸腾流动换热实验。基于传热能量方程,研究过冷沸腾中汽泡滑移与冷凝前期两种情况下汽泡生长模型。实验结果表明汽泡呈现两种形式的生长,即汽泡滑移生长以及冷凝前期生长。建立了两种情况下的汽泡生长模型,实验数据验证模型误差在20%以内。因此,本研究能为沸腾两相数值模拟提供更加精细化的汽泡生长模型,从而提高汽泡行为的预测精度。     

压水堆核电厂管道泄漏特性数值模拟研究

为研究压水堆核电厂管道泄漏特性，基于一维两流体数值模型，耦合了等温气泡生长模型，提出了一种两相临界流模型，该模型考虑了临界流过程中的亚稳态流体核化与非平衡传质。该模型通过一种显式差分格式的算法加以实现。通过与相关实验数据进行对比计算可知，本文模型具有较高的计算精度与计算效率。利用该模型对两相临界流流动与传质过程进行了理论分析，结果表明，流体过冷度对流动与传质过程具有显著影响，而流体入口压力仅影响流动过程。本研究建立的两相临界流模型可为管道与压力容器泄漏安全性分析提供参考与理论基础。