200MW核供热堆两相流密度波不稳定性实验的Shannon信息熵特性研究

在200MW核供热堆热工实验台架上,利用信息论原理,研究两相流密度波不稳定性的Shannon信息熵特性。通过调节加热功率、运行压力和冷却剂入口过冷度,获得534种工况下加热流道入口压降的实验数据?计算不同工况下的Shannon信息熵,发现具有高的负Shannon信息熵(负熵)的实验工况是不稳定的,而具有低的负熵的实验工况是稳定的。负Shannon信息熵类似很多场合中使用的能量,可以成为衡量系统稳定性的尺度。     

压差波动特性识别流型研究

提出了一种基于小波分析的气液两相流流型模糊识别的新方法。该方法以加热段管程压降ΔP的波动信号作为测试信号,进行基于三阶的Daubechies小波二尺度分解,根据所得的二尺度细节系数的均方值确定了流型的识别方法。研究结果表明,这种识别方法能有效地实现气液两相流中泡状流、弹状流的识别。     

向上倾斜管内气-水两相流流型转变分析

对管径15 mm,管长6 m的有机玻璃管,在两种不同的向上倾斜角度(15°、30°)下,同向通过的气水两相流流型转变进行了分析,列出相应的转变准则关系式。结果显示,弹状流向泡状流转变界限的实验值与计算符合较好,间歇流向环状流的转变界限在低液体流速下符合较好。     

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。     

空气-水在垂直非圆截面通道内流型研究

采用可视化方法研究了水力直径分别为15mm和10mm的两种正方形截面、14.43mm的三角形截面以及14mm的圆形截面通道内空气-水垂直上升流动,表观气速0.04～80m/s,表观水速0.001～6m/s.观察到了泡状流、弹状流、块状流、环状流和弥散泡状流等常见流型.此外,在表观气速很大而表观水速很小时,在非圆截面通道内发现了爬动流,证实了非圆截面直通道内存在"二次流"现象,且对气-液两相流动的相分布有较大影响,证明截面形状对两相流流型及其转变具有重要影响.由实验得到了流型转变界限,并首次获得了包括爬动流的两相流流型图.比较本文的实验结果及与前人的研究结果对比发现,水力直径的大小对两相流流型的转变具有一定影响.     

摇摆状态下水平管内气-水两相流流型的判定方法

对摇摆状态下水平管内气-水两相流流型进行了实验研究.实验发现,摇摆状态下两相流的压差波动有明显的周期性.本文根据各流型压差波动的差异判断摇摆状态下水平管内气-水两相流的流型.结果表明:通过与可视化观察和高速摄影观察的流型相比,利用压差特性曲线可以很好地判断摇摆状态下气-水两相流的流动型式.     

摇摆状态下水平管内气-水两相流的流型研究

摇摆产生的惯性力以及水平管路发生向上和向下倾斜,会使管道内两相流的流动型式发生变化.本文对直径25mm管内气-水两相流在摇摆周期为15s、摇摆角度为10°状态下的流型进行了实验,研究了气-水两相流在摇摆状态下的流动型式,并给出了流型图.实验结果表明,在一些气-水流量区域,两相流体在一个摇摆周期内存在两种流动型式.     

竖直和倾斜条件下气-液两相流型转变研究

以去离子水和空气为两相介质,研究了竖直和倾斜条件下气-液两相流型,发现通道内存在弥散泡状流、泡状流、弹状流、搅拌流和环状流5种流型。通过对流型间转变特性的机理分析,构建了竖直和倾斜条件下各流型的转变准则,与实验数据进行了对比,符合很好。     

通道尺寸对竖直向上气-水两相流流型影响实验研究

本文以空气和水为工质,对竖直向上矩形通道(40 mm×1.41 mm,40 mm×10 mm)和圆形通道(D=25 mm)内的两相流流型特性进行了可视化研究。气液两相的表观速度分别为：0.03～24.71 m/s和0.03～3.73 m/s。3个实验段内均出现了泡状流、弹状流、搅混流和环状流4种流型,40 mm×10 mm和圆形通道中流型特征较为接近,与40 mm×1.41 mm通道中流型相比存在明显差别。此外,绘制出了3种通道详细的流型图。对比结果显示,矩形通道窄边宽度对流型转变有显著的影响,随着矩形通道窄边宽度的增加,其流型转变边界更加趋近于圆形通道。     

垂直上升管内两相流空泡份额径向分布

对于两相流空泡份额分布的实验研究,通常只能在有限工况下进行,而对其基本现象的描述也仅局限于特定的实验工况。为此,本文总结分析了以往一些研究者的实验结果,对圆管内垂直上升两相流空泡份额的径向分布情况进行了比较系统的描述。根据这些结果,进一步分析得出了典型的垂直上升流中空泡份额径向分布曲线与流型的对应关系,通过与已有实验结果的比较,说明该对应关系无论从实验结果还是机理解释上都是可信的。     

摇摆状态下竖直管内单相水阻力特性实验研究

在3种不同摇摆周期(5s、10s、15s)、2种不同摇摆角度(10°、20°)的情况下,分别对3种不同管径(15mm、25mm、34.5mm)的竖直光滑有机玻璃管管内单相水的阻力特性进行了实验研究.经实验研究发现,试验段内的摩擦阻力系数随时间变化有明显的周期性,雷诺数增加导致摩擦阻力系数的波动幅值降低、平均值减小,管径越粗使得摩擦阻力系数λ的波动幅度越大.在任意时刻,摩擦阻力系数的瞬态值随周期的变长而增加,但是摇摆角度的变化对摩擦阻力系数的影响不是很显著.     

Characteristics of Counter current Gas-Liquid Two-Phase Flow in Vertical Tubes

Investigations into the flow pattern and the void fraction for countercurrent air-water flow in vertical tubes of diameter D = 40 and 80 mm were reported. The flow maps were presented and showed slug flow regime occupied larger portion on them. The void fraction was measured by the quick-closing valve technique, in bubbly and slug flow regime.

The void fraction data available in the literatures as well as present work for counter- current flow in vertical tubes were correlated in terms of dimensionless groups. The experimental results of the present work were also compared with the drift flux model.     

小波检测汽液两相流动密度波不稳定性的分行特征

结合小波变换和分解良好的时频局部化特性与分形理论，从非线性复杂系统出发，通过未经简化和抽象的研究对象去认识内在规律性的非线性特性，对汽液两相流动密度波不稳定性同时进行时频分析和非线性分析，并检测脉动参数的分行特征。     

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。     

可变液膜厚度下垂直塞状流参数预测模型

基于流动机理的分析建立了塞状流参数预测模型;模型中考虑了液膜的厚度变化.分析了液膜厚度变化对预测结果产生的影响,并用公开发表的数据对模型进行了验证.分析表明,若忽略液膜厚度的变化,将Taylor泡简化为圆柱体,会使其长度的预测值偏小,导致压力梯度的预测出现正偏差,且偏差会随气相表观速度的增加而增大.新建模型反映了液膜的流动特性,可对不同来源的数据进行较为准确的预测.     

随机填充球床通道内单相流动数值模拟方法研究

利用离散单元方法(DEM)建立通道内球体随机排列几何模型,对通道内单相流动进行数值模拟并进行验证。网格划分中的曲面接触区采用搭桥法处理不仅可生成高质量网格,而且使整体网格数量也明显减少。验证结果表明:计算得到的通道内径向孔隙率分布、平均孔隙率以及流动阻力与经典关系式吻合较好;计算模型能够很好地体现出边壁效应对流动阻力的影响。