竖管内淹没及其消失滞后问题的研究

本文通过试验研究了竖管内淹没、流向反转以及淹没消失的滞后问题,研究了管径不同对这些过程的影响.采用无因次量J_g~*和J_L~*表达后,通过研究发现淹没开始点和流向反转点与管径无关;全部携带点与管径有关,而与注水量无关.根据试验结果给出了淹没过程中试验段内压差和流量的变化.当逐渐减少气体流量时,淹没点的消失会出现滞后,根据试验段的压差和流量变化分析了淹没消失滞后的原因和影响因素.根据试验数据整理出了相应的经验关系式.     

直角弯头连接的竖直管与水平管中的淹没问题

本文介绍了由直角弯头连接的竖直管与水平管内淹没与流向反转问题的实验研究，根据实验结果，分析了弯头对淹没与流向反转的影响，将所得实验结果与竖直管的实验结果进行了比较，分析了水平管长度对淹没过程的影响，以及这种管路中淹没消失滞后的问题，采用无因次量对实验数据进行了处理，给出了表达淹没开始点，淹没消失点和全部携带点的关系式。     

竖直管内两相流逆向流动特性研究

实验发现在竖直管内两相流逆向流动过程中,由于气体的入口条件不同、淹没开始点可能出现在气相的入口处,也可能出现在出口处。由于出现的位置不同,淹没开始点所对应的气、水之间的关系式也不一样。这一实验结果对进一步研究淹没开始的机理有重要意义。根据两相流的流动特性,分析了出现这种现象的原因,提出应采用不同的关系式计算这 两种不同的淹没开始点。     

竖直管内弹状流向搅混流转变界限的判定

本文对两种不同管径的竖直管内弹状流向搅混流转变界限的判定进行了实验研究.实验发现,在弹状流向搅混流转变的过程中,管内压力会随气体流量的增加出现先降低后上升的非单调性变化.通过对管内压力和摩阻变化的理论分析,并在可视化观察的基础上,提出压力变化曲线的转折点即为搅混流产生的起始点.然后根据实验数据,绘出两种不同管径下的搅混流转变界限.     

管径和气体入口条件对淹没过程的影响

通过实验研究了管径和气体入口条件对竖直管内淹没和流向反转的影响。实验结果表明,当气体入口阻力减小时,在一定的条件下,淹没开始点所对应的气体流量会大大提高。气体入口为直角时,管径不同对淹没开始点无影响。气体入口为喇叭口形时,管径对淹没开始点有影响。气体入口条件对全部携带点无影响,但管径对全部携带点有影响,管径越小全部携带点所对应的J_8值越大。管径及气体入口条件对流向反转点均无影响。气体入口条件对减少气流量的淹没消失点无影响,但管径不同对淹没消失点有影响。     

管内竖直向上流动水的临界热流密度研究

在高温高压回路上，对φ１０×１竖直管内临界热流密度现象进行了实验研究．实验参数范围为：压力ｐ＝６．３７～１４．７ＭＰａ；质量流速Ｇ＝５７１～５４６６ｋｇ／（ｍ２·ｓ）；人口欠热焓△ｈｉｎ＝９６～７４４ｋＪ／ｋｇ．通过实验，得出了在上述参数范围内的临界热流密度关系式，并用实验数据对Ｂｉａｓｉ关系式和Ｂｏｗｒｉｎｇ关系式进行了评价．     

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。     

竖直管外表面强化沸腾换热的实验研究

进行了用缠绕金属丝方法强化竖直管外表面沸腾换热的实验研究。该方法的特点是加工简单，适用性强，对管表面完全无损害，可用于核动力装置中一些要求严格的换热管表面。采用这种方法后可使沸腾换热系数有较大提高。本文介绍了实验研究结果及其机理分析。     

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。     

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。     

倾斜管内气液两相流流型的实验研究

对空气-水形成的两相流同向通过管径15mm、管长6m,倾斜角为15°和30°两种不同的倾斜角有机玻璃管的流型进行了实验研究。通过可视化观察和压差波动特性对流型进行分类,结合实验数据绘制出不同倾角下的流型图。另外,通过与相同管径下的水平管流型图进行对比以及不同倾角下流型产生范围的比较,发现试验段倾角对流型区间有显著的影响。     

垂直管内气液两相逆流极限管径效应实验

在压水堆安全性分析中,需准确预测气液逆流极限(CCFL)工况下两相流动关系。本文采用水下淹没排气的实验方法,对相同管长不同管径垂直管的CCFL特性进行可视化实验,并对垂直管CCFL关联式模型进行分析,主要结论有:①在CCFL工况下垂直管内流型为环状流动;表观气速较大时,大管径管内液膜呈搅拌状,小管径管内液膜呈波动状;随表观气速减小,均转为液面光滑的自由降膜流动;②Wallis数模型过度关联了管径变化对垂直管CCFL特性的影响;Kutateladze数和Froude-Ohnesorge数模型也不能良好关联垂直管CCFL特性的管径效应;③提出了新的CCFL无量纲参数和相应的实验关联式,由此可使垂直管CCFL特性的管径效应得以统一表征,还可以关联物性参数变化的影响。     

AP1000稳压器波动管竖直管段空气-水CCFL实验研究

使用竖直管代替波动管模型开展稳压器波动管竖直管段内空气-水两相逆流限制(CCFL)特性可视化实验研究。实验现象表明:竖直管与上容器接口处的局部CCFL决定了进入竖直管内的液相流量;竖直管内的局部CCFL决定了从竖直管流出的液相流量;两处局部CCFL均随空气流量的增大而增强。在较低气量情况,进入竖直管内的液相能够完全或大部分流出,竖直管内的局部CCFL较弱,上容器和竖直管接口处的局部CCFL在整体CCFL中占主导地位,整体CCFL程度随着上容器液位升高而略有增强。在高气量情况,从上容器进入竖直管的液相大部分或者完全被限制而不能向下流出,竖直管内的局部CCFL强烈,在整体CCFL中占主导地位,整体CCFL特性不受上容器液位变化的影响。通过实验数据拟合得到了新的稳压器竖直管CCFL模型。稳压器波动管CCFL数据和稳压器竖直管CCFL数据基本重合,表明波动管CCFL主要由CCFL-U决定。     

蒸汽发生器U型管倒流现象的数值模拟和实验研究

针对蒸汽发生器U型管倒流现象展开实验研究。基于实验数据,采用CFD方法对倒流进行模拟。结果表明:蒸汽发生器发生倒流后,进口腔室出现显著的温度分层,倒流现象降低了蒸汽发生器U型管的换热能力;发生倒流后,进出口腔室压降绝对值减小,正流管流速增大,流动阻力增大,倒流降低了系统的自然循环能力。     

竖直大圆管内两相流动界面输运过程研究

采用光纤探针测量方法研究了垂直上升管中空气-水两相流动的局部界面面积浓度（IAC）和空泡份额等分布规律。实验选用的圆管直径为100 mm,气相、液相表观速度的范围分别为0～0.1 m/s和0～1.0 m/s。结果发现,影响径向IAC分布的因素主要为气泡通过频率。基于Ishii-Kim界面输运模型,对轴向IAC进行了计算;通过分析4种气泡间相互作用对IAC的影响,发现工作压力是影响轴向IAC变化的主要因素,最后给出了引入工作压力影响的轴向IAC计算关联式。     

基于竖直圆管空气-水两相流实验的相间曳力模型研究

研究两相流相间阻力特性对系统程序关键本构模型封闭具有重要意义。本文基于竖直圆管开展了空气-水两相流实验,采用四探头电导探针对空泡份额、气泡弦长和界面面积浓度等气泡参数的径向分布进行了测量。结果表明空泡份额和气泡弦长呈现“核峰型”分布,而界面面积浓度并没有表现出随流速的单调关系。进一步开发了泡状流和弹状流的相间曳力模型,考虑了液相表观流速与管径对气泡尺寸分布的影响,建立了临界韦伯数与不同液相流速的关系。计算得到的空泡份额和界面面积浓度与实验数据整体符合较好,验证了模型的可靠性,为两相流相间阻力特性研究提供参考意义。     

环形窄缝通道内流动不稳定性试验研究

设计了加热长度为1800mm，间隙尺寸为1．5mm的环形窄缝通道试验段；以去离子水为上质，进行了强迫循环下两相流动不稳定性试验研究。实验压力为1．5～3．0MPa，质量流量为3．0～25kg／h，加热功率为3．0～6．5kW，进口温度为20℃、40℃、60℃。实验发现，在一定加热功率和进口条件下，回路流量低于特定值，会发生不稳定现象。试验研究了进口过冷度、系统压力和质量流量等参数对不稳定性的影响，得到了环形窄缝通道内强迫循环下两相流动不稳定区间。     

竖直环形流道内欠热沸腾时的气泡行为研究

一般在沸腾传热实验中壁面的加热方式有电加热和流体加热两种,流体加热方式下的沸腾传热研究进行得很少.在水加热条件下,对水在竖直环形流道内欠热流动沸腾时的气泡行为进行了可视化研究.环隙宽度为5mm和3mm两种,质量流速分别为16.8～55.3kg/(m2·s)和15.3～62.1kg/(m2·s).可视化实验结果表明:在贴近壁面的区域存在气泡运动层,大部分气泡在气泡运动层内运动.在宽度为3mm的流道中,气泡在脱离壁面前一般会滑动;滑动距离不超过2～3倍气泡直径,并且存在反复胀缩的现象.5mm流道内的气泡则较少发生滑动,往往在脱离壁面后会被弹回壁面.气泡的滑动和离开壁面后又返回壁面的运动方式是沸腾具有高强度传热能力的原因之一.