矩形通道长带条拟序结构的可视化实验研究

采用氢气泡流动显示技术,以水为工质,对较小尺度竖直矩形通道湍流边界层内的长带条拟序结构进行了可视化实验研究。研究通道边界层内长带条的统计特性,并与光滑平板边界层内长带条的现象进行了对比。从长带条形成机理方面对其间距的特点进行了解释,分析y⁺变化对通道内长带条分布的影响,并对通道内长带条的频率特性进行探讨,得到了通道内长带条频率的关系式。     

矩形通道速度边界层可视化实验研究

板状燃料组件结构紧凑、冷却剂通道狭窄，其边界层流场特性是决定矩形通道与常规通道内单相流动和传热特性存在差异的重要因素。本文采用粒子图像测速(PIV)技术，对间隙为2 mm和3 mm的矩形通道的速度边界层进行了可视化实验研究，分析了矩形通道边界层内速度分布、雷诺切应力等流场特性，探究了通道间隙对边界层的影响规律。实验结果表明，矩形通道的湍流边界层无量纲速度分布符合Spalding公式，在距离窄边壁面0.2～0.3 mm范围内存在雷诺切应力峰值区，随着雷诺数的增加，速度边界层的黏性底层逐渐减薄，对数律层占比增大，雷诺切应力峰值区向壁面方向靠近。减小矩形通道间隙，将会限制近壁面速度剖面的发展，使得近壁面速度梯度增大，湍流强度减小。     

纵向涡对窄间隙矩形通道内流动边界层作用特性研究

利用纵向涡发生器(LVG)产生纵向涡(LV)强化传热的机理主要是基于对边界层的削薄和破坏。由于LV作用距离远,结构简单,安装高度低,对于具有窄间隙通道的换热结构,LV强化传热有着较强的应用价值。本文应用相位多普勒粒径分析仪对LV作用下的窄间隙矩形通道内速度场分布进行了测量。实验结果表明,LV可以有效地削薄和破坏流动边界层厚度;LV对边界层的削薄和破坏可以对传热起到强化的作用;CFD数值模拟结果表明,剪切应力模型(SST)以对LV作用下窄间隙矩形通道内的速度场进行有效地模拟。     

窄间隙矩形通道单相水纵向涡可视化实验研究

在窄间隙矩形通道内设置4对周期性分布的矩形块纵向涡发生器(LVG),应用相位多普勒粒子图像分析仪技术(PDPA)对该通道内单相流动的速度场进行可视化测量.通道内单相层流和湍流的主流速度分布表明:当流动经过LVG时,将会产生以二次流动为特征的纵向涡(LV);LV使得流动边界层的发展受到抑制或破坏作用,强化通道内部流动的横...     

矩形通道内脉动层流流场特性理论研究

本文对流量脉动条件下矩形通道内的层流流场分布特性进行了理论研究。分析了脉动周期、脉动振幅和通道结构尺寸3个因素对流场分布的影响。分析结果表明,矩形通道内脉动速度分布取决于流场中各点稳定速度分量和往复速度分量的叠加,由于往复速度的存在,使得脉动速度的分布与稳定流动存在较大不同,并对近壁区的速度梯度产生了影响。     

高宽比对矩形窄通道内单相水流动特性的影响机理

通过理论和实验研究了矩形窄通道内单相水的流动特性。结果表明：矩形通道截面高宽比对其流动阻力有重要影响,层流区和紊流光滑管区摩擦阻力均随高宽比的减小而增大。可视化结果表明：矩形窄通道临界Re为2 500~2 600,高宽比对窄通道内流态转捩无明显影响。层流区高宽比通过改变截面湿周及速度分布两方面影响摩阻特性;紊流区高宽比通过改变黏性底层紊流时均速度分布及截面湿周两方面影响摩阻特性。     

矩形窄缝通道内湍流充分发展区流动边界层探析

从宏观特性比较分析的角度出发,通过计算流体动力学(CFD)微观结果来探析矩形窄缝通道内湍流充分发展区边界层分布的特性.研究结果表明,从宏观角度看,一些适用于常规通道的经典公式仍然通用于矩形窄缝通道;现有的实验结果基本支持湍流充分发展区矩形窄缝通道内的流动和传热规律符合常规通道内特点的结论.对多种湍流模型模拟的结果与经典...     

矩形窄缝通道内单相水流动特性研究

通过理论分析,得到了计算矩形窄缝通道单相层流摩阻系数的公式。对小高宽比矩形窄缝通道内的流动特性进行了实验研究,结果表明：矩形窄缝通道内单相摩阻系数随Re变化的曲线和圆管有相同的趋势,但圆管流动摩阻公式不适用于矩形窄缝通道。矩形通道内摩阻系数与Re和通道截面高宽比有关,通道高宽比越小,摩阻系数越大。实验结果和理论推导结论一致。从截面湿周和切向应力两方面解释了高宽比对矩形窄缝通道内单相水层流摩阻特性的影响机理。     

纵向涡发生器作用下矩形通道内流动换热性能研究

对渐缩式纵向涡发生器与椭圆支柱共同作用下矩形通道内的流动换热性能进行了研究,与渐缩式纵向涡发生器、渐扩式纵向涡发生器和光通道的流动换热性能进行了对比,并利用场协同原理对其换热机理进行了分析。结果表明：纵向涡发生器可增强换热,有利于降低加热板的表面温度,从而提高反应堆堆芯的CHF值。采用JF因子对各矩形通道的综合流动换热性能进行了比较,结果表明,渐缩式纵向涡发生器与椭圆支柱组合结构能以较小的阻力代价得到较大的换热效果,是一种理想的强化换热方式。     

矩形通道自然循环流动不稳定性实验研究

分别对40×5 mm和40×10 mm矩形通道内自然循环不稳定性进行了实验研究,得到了自然循环流量随加热功率的变化。结果表明:系统流量与压差的周期是相同并且反相;在矩形通道内,边角位置及二次流的存在,矩形通道会使流体的扰动加强,换热系数增加,特别是在饱和区域内,气泡与流体之间的扰动增强,容易形成搅拌流;5 mm通道与10 mm通道相比,由于其通道更窄阻力更大,在过冷区域更不容易形成稳定自然循环,且流动不稳定性的脉动更剧烈。     

矩形通道内脉动层流相位差实验研究

对流量脉动条件下矩形通道内的相位差进行了实验研究，通过建立的脉动层流相位差数学模型，对脉动周期、脉动振幅、通道结构尺寸和流体性质等因素进行了分析，并将实验数据与理论模型结果进行对比。结果表明：矩形通道内，脉动层流的流量变化滞后于压降变化，存在相位差，该相位差仅与脉动周期、流道结构尺寸和流体性质有关，与压降相对振幅无关。     

强磁场作用下液态锂在矩形通道中的流动研究

对高速液态金属锂在强磁场作用下沿着非扩散矩形型通道的流动进行了分析研究 ,通过解析分析 ,推导得到了控制电场和流场的由泊松 (Poisson)方程和亥姆霍兹 (Helmholtz)方程组成的方程组 ,并且编制了求解该方程组的程序 PHsolver;根据边界的壁面函数处理 ,用PHsolver求解得到了强磁场作用下在非扩散型矩形通道中电流密度场的分布和流场的分布 ,其中流速分布呈现为马鞍型分布。     

Study on Free Surface and Channel Flow Induced by Low-Temperature Plasma via Lattice Boltzmann Method

Active boundary layer flow control and boundary layer manipulation in the channel flow that was based on low temperature plasma were studied by means of a lattice Boltzmann method.Two plasma actuators were placed in a row to obtain the influence rule of their separation distance on the velocity profile at three locations and maximum velocity in the flow field.Two plasma actuators were placed symmetrically inside a channel to examine the effect of channel height and voltage on the velocity profile and flow rate.It was found that the channel height controls the distribution of flow velocity,which affected the flow rate and its direction.Increasing plasma voltage had a negative effect on the flow rate due to the generation of a larger and stronger flow vortex.     

矩形通道高宽比对两相流动阻力和流型关系的影响

在可视化观察的基础上,实验研究了矩形通道高宽比对两相流动阻力和流型关系的影响。实验选择了3种通道尺寸的实验段,截面宽度相同,全部为43 mm,高度分别为1.41、3和10 mm,根据受限因子C_o,前两个实验段属于窄通道,第3个属于常规通道。实验结果表明：高宽比不同时,随着气相流速的增加,通道内两相流动压降呈不同的变化趋势。对于10 mm通道,低气相流量时重位压降占主要成分,而对于1.41 mm和3 mm通道,摩擦压降占主要成分;随着气相流量的增大,总压降中摩擦压降的比例也增大;对于10 mm矩形通道,可利用压降变化规律确定搅混流的发生范围。     

Measurement System of Bubbly Flow Using Ultrasonic Velocity Profile Monitor and Video Data Processing Unit

The authors have been developing a measurement system for bubbly flow in order to clarify its multi-dimensional flow characteristics and to offer a data base to validate numerical codes for multi-dimensional two-phase flow. In this paper, the measurement system combining an ultrasonic velocity profile monitor with a video data processing unit is proposed, which can measure simultaneously velocity profiles in both gas and liquid phases, a void fraction profile for bubbly flow in a channel, and an average bubble diameter and void fraction. Furthermore, the proposed measurement system is applied to measure flow characteristics of a bubbly countercurrent flow in a vertical rectangular channel to verify its capability.     

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。     

矩形通道中两相流变密度模型空泡份额计算

基于Bankoff的圆管内和无限长平板间两相流变密度模型空泡份额计算式的推导，结合流体在管道中的流场分布特征，建立了矩形通道中两相流流场分布规律方程，导出了变密度模型在矩形通道中空泡份额的计算式，并对3种通道计算的结果进行了对比分析。计算结果与原有Bankoff模型符合得很好。     

Measurement System of Bubbly Flow Using Ultrasonic Velocity Profile Monitor and Video Data Processing Unit, (II)

The authors have developed a measurement system which is composed of an ultrasonic velocity profile monitor and a video data processing unit in order to clarify its multi-dimensional flow characteristics in bubbly flows and to offer a data base to validate numerical codes for multi-dimensional two-phase flow. In this paper, the measurement system was applied for bubbly countercurrent flows in a vertical rectangular channel. At first, both bubble and water velocity profiles and void fraction profiles in the channel were investigated statistically. Next, turbulence intensity in a continuous liquid phase was defined as a standard deviation of velocity fluctuation, and the two-phase multiplier profile of turbulence intensity in the channel was clarified as a ratio of the standard deviation of flow fluctuation in a bubbly countercurrent flow to that in a water single phase flow. Finally, the distribution parameter and drift velocity used in the drift flux model for bubbly countercurrent flows were calculated from the obtained velocity profiles of both phases and void fraction profile, and were compared with the correlation proposed for bubbly countercurrent flows.     

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。