环形流道两相流特性实验研究

在日本原子力研究所的一个两以试验台架上,进行了环形流道空气－水丙相流窟泡份额和逆向流试验,观察了其流型。通过试验和分析,提出了漂移流模型中分布系数Co和气相漂移速度Vgi的经验关系式;得到了逆向流Wallis表达式的拟合参数。对试验结果的分析表明,当流道间隙很小（Bond数小于1）时,流型和两相流动与间隙较大时有所不同。     

竖直下降两相流相界面结构输运特性

竖直下降两相流具有与竖直上升两相流不同的相界面结构特征及输运特性。本文对竖直下降管内的气水两相流进行了实验研究,运用微型四头电导探针对7.5、31.5及55.5倍管径横截面处的空泡份额、相界面浓度、气泡直径、气泡频率及气泡速度等相界面结构参数的局部分布进行了测量。分析获得了相界面结构参数的沿程变化规律,并研究了气相表观流速对相界面结构发展的影响及一维相界面结构输运特性。发现竖直下降泡状流的升力指向管中心,导致相界面结构参数基本呈中心峰值分布;气相表观流速的增大会提高空泡份额和相界面浓度分布的峰度;竖直下降两相流在距入口31.5倍管径处基本达到充分发展。     

管内向下气液两相流动界面参数分布特性

借助双探头光纤探针测量方法,对管内竖直向下空气-水两相流动的界面参数局部分布特性进行了实验研究。实验段采用内径50 mm、长度2 000 mm的圆管,气液两相表观速度范围分别为0.004～0.077 m/s和0.43～0.71 m/s。实验结果表明,不同于竖直向上两相流动中局部界面参数径向分布呈现的“壁峰”或“核峰”型分布,向下流动中局部界面参数径向分布呈“壁峰”或“宽峰”型分布;向下流动时空泡份额截面平均值均比向上流动时大119.6%～145.0%,界面面积浓度截面平均值比向上流动时大18.8%～82.5%;向下流动时界面参数分布表现出明显的均匀化趋势。     

反应堆失水事故条件下热管段内的两相流逆向流动研究

对反应堆失水事故条件下热管段内的两相流逆向流动过程进行了实验研究和理论分析。实验回路由竖直管、倾斜管和水平管三段组成 ,研究发现在这种回路中水平管的长度对逆向流动的溢流开始点影响较大。对逆向流动的溢流开始点进行了实验研究和理论分析 ,对现有的国外计算模型进行了分析和比较 ,推荐了热管段内溢流开始点的计算关系式。     

垂直并联管内高压汽水两相流密度波型不稳定性的试验研究

在系统压力p＝3～18MPa，质量流速G＝700～1400kg／m2·s，人口过冷度△Tsub＝30～120℃，热负荷qw＝0～6O0kW／m2，管径d＝12mm的参数范围内，研究了压力、质量流速、人口过冷度、进口节流、可压缩容积、热负荷及不对称热负荷对垂直并联营内高压汽水两相流密度波到不稳定性的起始点、周期和报价的影响，并与垂直单管内的密度波到不稳定性进行了对比分析。根据试验研究和量细分析，提出了预防密度波型脉动的话施，给出了计算脉动起始点的无困次经验关系式，为一体化反应堆蒸汽发生器、直流锅炉水冷壁等工业设备的设计与运行提供了可靠依据。     

球床通道内气液两相竖直向上流动流型实验研究

对球形颗粒填充通道内的空气-水竖直向上两相流动流型进行了可视化实验研究。实验段填充球直径分别为3、5和8mm,气相表观流速为0.005~1.172m/s;液相表观流速为0.004~0.093m/s。实验观察得到4种典型流型：泡状流、串状流、液柱脉冲流和乳沫脉冲流,并绘制出流型图,其中脉冲流占据较大区域。通过与常规通道流型图对比发现：由于填充颗粒的影响,球床通道泡状流区域较常规通道显著减小。对比3种球床通道流型图得到：随着颗粒直径的增加,串状流区域增大;在低液相流速下,对于8mm直径颗粒,串状流可直接过渡到乳沫脉冲流。     

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.     

水平矩形管内气-液逆向流动特性实验研究

为探明管截面尺度及排气水深对水平矩形管内气-液逆流特性的影响,以空气和水为两相介质,对管长2 m、管截面尺寸106?mm×60 mm的矩形管分别在横置、竖置条件下和1 、3 m水深下进行了可视化流动实验。结果表明:管截面高度尺度对气-液逆流特性具有显著影响,在相同的管道流通面积下采用较高的流道高度会大幅强化水平管内液相倒流,从而有利于冷凝水由热段顺利回流至堆芯进行冷却;采用管截面高度作为气相及液相Wallis参数中的特征尺寸,可使不同管截面尺寸矩形管的无量纲逆流特性获得统一表征;在水深1~3 m范围,水深变化对水平矩形管内气-液逆流特性的影响并不明显。提出了预测水平矩形管内气-液逆向流动特性的无量纲实验关联式。      

5MW核供热堆自然循环两相流流动特性分析

实验研究在５ＭＷ核供热堆热工水力学模拟系统ＨＲＴＬ－５上进行。计算分析采用带有质量,蒸汽质量,能量及动量守恒方程的一维两相流漂移模型。用Ｃｌａｕｓｉｕｓ－Ｃｌａｐｅｙｒｏｎ方程计算上升段中闪蒸起始点。通过在过冷沸腾区,饱和沸腾区及上升段中推导守恒方程,得到可描述自然循环两相流系统特性的常微分方程组。用时域法求解。研究表明过冷沸腾及空泡的闪蒸对空泡分布,系统循环流量及流动稳定性都有很大影响,且系统压力越低,过冷沸腾及闪蒸的影响越大;在相当宽的两相流动条件下,加热段中只发生过冷沸腾;揭示了两相流不稳定时振荡的传播特性。在５ＭＷ核供热堆条件下理论分析与实验结果吻合得很好。     

管束通道内沸腾两相流特性的研究

以R113为工质,采用高速动态分析仪对垂直管束通道内的沸腾两相流型及其转变特性进行了实验研究。对管束狭窄通道内沸腾两相流型进行划分,并与圆管内的两相流型进行比较,在此基础上对通道几何形状及物理参数对管束通道内沸腾两相流型及其转变特性的影响进行分析,为进一步对管束通道内流型判定、沸腾换热及阻力压降的研究奠定了基础。     

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.     

Countercurrent Air-Water Flow in Two Vertical Channels

Experiments on countercurrent air-water flow were performed in two vertical channels with the same cross section as a BWR channel, but shorter channel length, which were interconnected with upper and lower plenums. Water and air were injected into the upper and lower plenums, respectively, and the air velocities in the two channels were measured. The air velocities differed in the two channels under the conditions where the differential pressure between the upper and lower plenums decreased with the increase in the air velocity. The air velocity ratios between the two channels were calculated using measured single channel characteristics. The calculated results showed the same trends as the data.     

垂直并联管低质量流速自补偿特性的研究

针对直径为31.8mm、壁厚为6.0mm的六头内螺纹管,建立了垂直并联管的物理模型,对垂直并联管的自补偿特性进行了理论计算与实验研究.理论计算表明:具有热负荷偏差的并联垂直管组有明显的自补偿特性;吸热量较小的垂直管内工质的质量流速随吸热量的增加先减小,后增大;当管内工质的质量流速接近或超过平均质量流速,系统的自补偿特性...     

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。     

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．     

Combinated Flow Pattern Map for Cocurrent and Countercurrent Air-Water Flows in Vertical Tube

Flow patterns for cocurrent and countercurrent air-water flows in vertical tubes (40 and 80mm I.D.) at volumetric flux densities of air and water in the ranges ?115–158 and ?100–102 cm/s were observed. A flow pattern map presenting the entire data of the observed flow patterns, i.e. bubbly, slug and annular flow for each mode of flow operation (upflow, countercurrent flow and downflow) were presented on the j_l vs. j_g plane. The flow pattern maps showed significant difference of flow pattern transition boundaries with upflow, countercurrent flow and downflow. Flow pattern transition curves were smoothly continuous with the change of the direction of water flow, on the other hand the change of flow direction of air showed complicated effect on flow pattern transition near zero j_g . Comparison of the present flow pattern data with the reported general flow pattern maps for upflow showed that the correlation of Taitel et al. for bubble-slug flow transition is applicable to both cocurrent and countercurrent air-water flows.     

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.     

摇摆状态下竖直管内环状流摩擦压降计算

对摇摆状态下3种不同管径的竖直管管内环状流摩擦压降计算进行了研究.以分相流模型为基础,对采用传统奇斯霍姆常数C所得到的环状流摩擦压降计算值与实验值进行比较,发现误差很大.通过分析发现,在摇摆状态下,奇斯霍姆常数C与滑速比呈降幂指数关系.结合实验数据给出了相应的计算关系式,并采用该计算式对环状流摩擦压降进行计算,实验值与计算值符合较好.     

两串列管与两并列管的流致振动特性研究

为研究管束中的流-固耦合问题,利用有限体积法离散大涡模拟的流体控制方程及有限元方法离散结构动力学方程,结合动网格技术,实现计算结构动力学(CSD)与计算流体力学(CFD)之间的联合仿真,建立三维流体诱发弹性管束振动的数值模型。用本模型对单管振动响应进行数值模拟,并与已有实验数据比较证明了模型的合理性后,对三维弹性管的流-固耦合振动进行数值模拟分析。研究结果表明,发生锁定时单管的运动轨迹为"8"字型;两并列管的升力与横向变形幅值相等、相位相反,流体力、振幅随着间距的增加而减小,当间距大于1.5D后,两管间的相互影响基本消失,响应接近单管;两串列管中下游管的升力与振幅随节径比的增大而增大,当间距大于2D后,上游管几乎不受下游管的影响,流体力与振幅接近单管。     

微波浪管传热与阻力特性实验研究

本文以水为工质,对3种不同结构微波浪管内传热与流动特性进行实验研究。在保持热水侧温度和流量不变的情况下,通过改变冷水侧的流量进行不同工况下的实验。结果表明：与直管相比,微波浪管传热性能有大幅提高,在Re<10000时,3种微波浪管的Nu最大分别增加了111.5%、166.7%和101.4%,摩擦阻力系数f相应增加了95.1%、96.3%和67.5%;在Re>10000时,3种微波浪管的Nu和f最大分别增加了32.6%、70.6%、61.2%和17.8%、18.1%、12.6%。