摇摆对单相强迫循环流量波动特性的影响机理

针对摇摆条件下的单相强迫循环流量瞬变特性开展流量波动影响机理研究。通过调节离心泵转速、阀门状态及摇摆参数分析驱动压头、回路阻力及附加压降对流量波动幅值的影响。通过建立摇摆条件下单相流量波动方程,系统地揭示摇摆运动的影响机理.结果表明,增加驱动压头和回路阻力使得相对流量波动幅值减小,增加附加压降使得相对流量波动幅值增大。当驱动压头大于附加压降幅值的10~11倍时,摇摆对单相强迫循环流量波动的影响可忽略。流量波动方程分析结果与流量波动实验结果有很好的一致性。     

摇摆对单相强制循环层流阻力特性的影响

为揭示不同驱动压头下摇摆运动对单相流动特性的影响机理,对摇摆条件下矩形通道内单相水层流阻力特性进行了理论和实验研究.实验结果表明,摇摆条件下流量波动幅值随驱动压头增加而迅速减小,当驱动压头大于附加压降幅值的10～11倍时,流动最终趋于稳定.驱动压头较低时,摇摆条件下瞬时摩擦压降与流量存在相位差,且不能采用稳态关系式预测.驱动压头较高时,摇摆条件下瞬时摩擦压降不波动,可采用稳态关系式计算.通过分析速度分布,解释了不同驱动压头下摇摆运动对矩形通道内单相强迫循环摩擦阻力特性的影响机理.     

摇摆运动条件下自然循环流动的实验和理论研究

针对摇摆运动对自然循环流动的影响，开展了实验和理论研究．实验分摇摆实验和不摇摆实验2部分，实验结果表明：摇摆造成了自然循环流量周期性波动，波动周期与摇摆周期一致，波动振幅随摇摆频率和摇摆振幅的增加而增加，同时摇摆造成了自然循环平均流量的降低．通过构建数学模型，对摇摆运动条件下的自然循环流动进行了理论计算，计算结果和实验结果符合良好．同时，分析了摇摆对自然循环影响的机理，结果表明，流动阻力系数的增加是造成自然循环平均流量降低的主要因素．     

单相-两相自然循环过渡点的实验研究

针对闭合回路自然循环单相一两相流动的过渡特性进行实验研究,结果表明自然循环流动由单相向两相过渡过程中,流量随入口温度的变化曲线存在明显的拐点,经理论分析,运用Levy模型和Saha-Zuber模型验证,证实拐点为自然循环过冷沸腾净蒸汽产生点,即单相和两相的过渡点;过渡点两侧自然循环流动的流量与入口温度呈不同的线性关系,体现了单相和两相流动的差异,净蒸汽的产生大幅度提高自然循环能力。     

摇摆条件下窄通道内单相水流态转捩特性

矩形窄通道广泛应用于紧凑式换热器中,其内单相流动流态转捩特性会受到摇摆运动的影响.结合流迹显示技术,对摇摆条件下矩形窄通道内单相水从层流向湍流转变临界点附近的流动特性进行了实验研究.结果表明稳态条件下临界Re为2 550左右.摇摆条件下当Re小于2 400时,流态显示为稳定的层流,Re大于3 500时,流态为湍流,摇摆对稳定的层流区和湍流区流态没有影响;Re为2400～3 500之间时流动处于过渡区,摇摆对其流态转变有一定影响.在临界点附近摇摆振幅越大,流态转捩越容易发生;摇摆周期对流态转捩影响很小.摇摆运动改变系统重位压降及产生附加压降,从而对流态转捩的影响不可忽视.     

摇摆运动时窄矩形通道内两相流动阻力特性实验研究

摇摆运动作为一种典型的海洋条件,会对管内的气液两相流动过程产生较大影响.通过摇摆条件下空气-水在窄矩形通道内流动阻力特性的实验,研究摇摆运动对两相流动过程的影响.实验在常温常压条件下进行,通道尺寸为40 mm×1.6 mm,摇摆角度分别为10°、15°和30°,摇摆周期分别选为8、12、16 s.实验结果表明,摇摆条件下瞬态摩擦压降的变化具有明显的周期性,摇摆周期越小,摇摆振幅越大,即摇摆运动越剧烈,摩擦压降的波动幅度也越大;摩擦压降波动幅度随着含气率的增加而增加,随着流速的增加而减小.     

RELAP5对低压自然循环系统的分析能力研究

为了解决低压条件下自然循环相关现象模拟不准确问题,本文开展了稳态、瞬态及流动不稳定性等一系列的自然循环实验研究。利用反应堆瞬态热工水力程序RELAP5,讨论了低压自然循环相关问题的敏感性。结合瞬态实验数据,进行了空间、时间步长的敏感性分析,给出了时间步长敏感性的检验依据。通过对一类工况下的流动不稳定性进行模拟和实验,评估了RELAP5的能力。结果表明:对两相自然循环问题,可以根据库郎数来进行无关性验证。对于高热流密度下系统中出现的复合动态流动不稳定性,恰当的模型选取及参数敏感性验证能有效提高模拟的准确性。结合快速傅里叶变换的分析结果可知,长直上升段内发生的周期性相变过程是复合动态流动不稳定性的非线性负载。     

起伏强度和周期对自然循环流动特性的影响

为了研究起伏运动对自然循环流动特性的影响,针对以5 MW低温核供热堆(NHR)为基础建立的自然循环试验回路,自行开发计算程序研究起伏强度和周期对自然循环流动波动、加热段出口过冷度以及换热器二次侧出口过冷度的影响。建立数学模型,坐标系固定于试验本体上,采用流体相对速度,将起伏条件下自然循环问题转化为非惯性参考系问题,考虑起伏运动引入附加力对自然循环的影响,在重力g的前面乘一个随时间变化的系数(1-k·sin(ωdt))。计算结果表明:起伏强度k越大,流量和温度波动越大;起伏周期T越大,流量波动越大且呈现出明显的非线性波动,大周期的起伏运动可能造成加热段出口出现饱和甚至沸腾的情况。对起伏运动影响自然循环机理的分析表明:起伏引入的附加作用力和重力一起构成一个交变力场,在有密度差的情况下形成自然循环驱动力,从而引起自然循环流动。     

窄环形通道ONB发生机理的热流体理论分析

针对窄通道内过冷沸腾起始点(ONB)发生特点较难把握的问题,基于热流体理论所描述的热阻力和热绕流机制,对不同循环方式下窄环形通道内ONB的发生机理进行研究.研究表明:热阻力的增加可能延缓ONB的发生;热绕流的增加可能提早ONB的发生.热阻力和热绕流是相互依存而生的,通道结构、具体流动特性的综合影响决定了其作用是提早还是延缓ONB的发生.通过适当的窄环形通道自然循环和强迫循环流动模型,分析了入口过冷度和压力等参数对ONB点发生的影响.研究发现:随着质量流量和压力的分别提高,自然循环和强迫循环窄环形通道的ONB点发生都会推迟;随着入口温度的提高,自然循环和强迫循环ONB点均提前;而当质量流量、入口温度和压力分别改变时,自然循环ONB的发生都要早于强迫循环.     

摇摆状态下竖直管内单相水摩擦压降特性分析

对摇摆状态下,3种不同管径(15,25,34.5 mm)的光滑有机玻璃管管内单相水的摩擦压降特性进行分析.与传统的稳定状态下的经验公式值进行对比,发现摇摆状态下的摩阻系数随时间变化有明显的周期性,而且远远大于传统经验公式计算值.通过对摇摆状态下单相水的运动分析,并在结合实验数据以及综合考虑各影响因素的基础上,给出了摇摆状态下摩阻系数的计算关系式,与传统的Blasius和Niklaus经验公式相比,计算值与实验值符合较好.     

袋式除尘器气流分布均匀性测试与数值模拟

利用实验及基于多孔介质模型的数值模拟方法分别对不同进风形式、不同入口风速条件下袋式除尘器各布袋的气流分布及阻力特性进行测试和数值计算,得到不同进风形式下袋式除尘器的流量分配系数、除尘器内的速度场、压力场及压力损失;将计算结果和测试结果进行对比,结果表明:基于实验测试选择合理的多孔跳跃介质参数,数值模拟所得结果和实验具有很好的一致性,压损误差值在2%以内;进风方式对袋式除尘器的气流分布及压力损失产生较大影响,进口位于袋式除尘器下部时,通过各布袋的流量分配更加均匀,其综合流量不均幅值仅为0.025 2,远远小于进口位于除尘器的中部和上部时的值;袋式除尘器的压力损失随进口位置的升高而增加,在入口风速为15.26 m/s时,下进口位置袋式除尘器阻力比上进风阻力低40 Pa,减幅达10%左右。     

摇摆参数对自然循环系统混沌脉动影响分析

针对摇摆参数对自然循环系统中流量混沌脉动的影响,用非线性时序分析的方法对实验结果进行了分析研究.基于相空间重构理论,计算不同摇摆参数下时间序列的关联维(CD)、K2熵和最大Lyapunov指数(MLE)等几何不变量值,根据计算结果分析摇摆参数对自然循环系统混沌脉动的影响.分析结果表明:摇摆周期越短、摇摆振幅越大,混沌出现时的无量纲功率越大;摇摆周期对混沌脉动边界的影响大于摇摆振幅的影响;当摇摆周期为5 s时,由于摇摆引起的波谷型脉动与密度波型脉动频率相近而发生共振作用,流量脉动的混沌特征减弱.     

周期力场下窄通道内汽泡滑移实验研究

为了探索海洋条件下的沸腾换热机理,完善海洋条件下两相流动模型,采用高速摄影设备对摇摆状态周期力场下矩形窄通道内的汽泡滑移进行了实验研究。实验结果表明,在摇摆运动的影响下,汽泡的滑移速度发生了周期性波动,波动的周期与摇摆运动周期基本一致;摇摆运动所引起的附加惯性力以及系统流量的波动对汽泡滑移速度波动影响不大,摇摆运动所引起的汽泡直径变化是影响汽泡滑移速度波动的主要原因。     

正弦波纹管内的流动和传热数值研究

以正弦波纹管为几何模型,应用FLUENT软件,对管内的传热和流动进行了数值模拟,分析了流动状态和管道几何结构对传热与流动阻力的影响.计算结果表明,在层流和湍流时,流速都呈周期性变化.层流时,在当量直径相同的条件下,周期越大,其强化传热效果较差,而幅值较大,强化传热效果较好;在湍流时,幅值增加对强化传热影响较小,但幅值增加较大,传热和阻力都较大地增加了;为正弦型波纹管在换热领域的实际应用提供了理论依据.     

自然循环窄矩形通道内单相水对流传热特性

为探究单面加热窄矩形通道内,单相自然循环对流传热特性,进行了实验压力为0.2 MPa和0.3 MPa,入口欠热度范围为35~60 K,加热功率范围为30~90 kW/m~2的单相对流传热实验。实验结果表明,对流换热系数与Gnielinski公式符合较好,92%的实验数据与公式的相对误差在20%以内。引入斯坦顿数(St),对数据分析发现:自然循环流动中,实验段入口欠热度及加热功率对换热能力有明显影响,换热能力随着入口欠热度的增加而减小,随着加热功率的增加而变大。在窄矩形通道内的向上自然循环流动中,通过提高入口欠热度而导致的浮升力增加会引起同向对流,从而使换热减弱;单面加热条件下,提高加热功率引起的横向热驱动力增加会使传热得到强化。     

海洋条件反应堆热工水力系统分析程序开发及验证

为解决我国浮动核电站研发过程中缺乏适用于海洋条件的反应堆热工水力系统分析程序的问题,本文通过对船舶典型运动形式进行数学描述,建立了海洋条件下流体的惯性加速度模型。通过在现有商用程序中添加海洋条件计算模块,开发得到了适用于船舶核动力装置的反应堆热工水力系统分析程序,并利用实验验证和程序间对比验证的方式对海洋条件建模和程序修改的正确性进行了评估。结果表明:程序能够实现对摇摆运动下流动波动实验的模拟,不同运动条件下的程序计算结果与RETRAN-02/GRAV等程序符合良好,证明了运动条件下程序计算结果的可靠性。     

摇摆条件对反应堆及破口时水力学特性的影响

传统的热工水力系统程序难以对海上反应堆进行模拟计算和安全分析。通过在动量方程中增加附加力模型,并基于摇摆对系统各控制体的影响,修改了程序模型坐标,实现了程序的二次开发;对二环路小堆进行简化设计和建模,并分析了摇摆振幅和周期对海洋小堆水力学特性的影响。对两种尺寸破口事故进行了摇摆时的模拟和分析,结果显示,摇摆会造成流量周期性变化且有相位差,破口时摇摆带来的周期附加力会对原流量进行补偿或叠加。     

梯形硅基微通道热沉流体流动与传热特性研究

以去离子水为流动工质,对梯形截面的硅基微通道热沉进行了流体流动与传热的实验研究.通过测量流体的流量、进出口压降与温度、热沉底面加热膜温度,获得了梯形硅基微通道热沉在不同体积流量、不同加热功率条件下流体流动与传热特性参数.实验得出,梯形微通道的流体传热特性值与经验公式预测值相比存在明显的差异,梯形微通道角区对流体流动与传热有重要影响.最后,在实验基础上根据经验公式修正得出层流条件下的梯形硅基微通道的对流换热关联式.     

扇形凹穴型微通道液体流动与传热特性的数值模拟

为得到扇形凹穴型微通道内单相液体流动与传热特性,以等截面矩形微通道为参照,利用FLUENT计算流体力学模拟与分析软件进行三维数值模拟,采用有限体积法离散模型和SIMPLEX算法进行层流计算,讨论扇形凹穴型微通道热沉在不同体积流量不同热流密度条件下流体流动特性和传热特性.模拟结果表明：较大Re条件下扇形凹穴型微通道具有很...     

自然循环流动沸腾逆流实验研究

为了研究加热通道中逆流的特征和机理,本文进行了低压高入口过冷度下的自然循环实验。通过采用逐渐增加实验热流密度的方法,在自然循环流动沸腾实验中识别了3种自然循环模式:稳态自然循环、流动不稳定性(无逆流)和逆流。对比实验热流密度和经验关系式计算的临界热流密度预测值,解释了逆流的机理:流动不稳定性诱发了间歇干涸型沸腾临界,间歇干涸导致了逆流的产生。分析了自然循环工况和回路结构对逆流的影响,并结合实验段出口水温波动、壁温分布和间歇干涸的发生建立了流动不稳定性工况下实验段内的流型,单相流体和两相混合物的交替通过加热段出口。本文给出不同热流密度下的自然循环模式,可为自然循环系统的设计和安全分析提供参考。