低流量下等高差自然循环系统倒流现象实验研究

自然循环系统由于具有固有安全性而被广泛应用于核电站中。等高差自然循环系统是一种特殊的系统,其加热段与水箱之间是通过上下水平段连接。在低流量条件下,这类自然循环系统会发生水箱冷水倒流至上水平段的现象,目前对该现象的研究并不常见。对等高度差自然循环系统的上水平段倒流特性进行了可视化实验研究。实验结果表明,上水平段倒流长度随流量的增加而减小,随着加热段出口流体与倒流流体温差的增大而增加。研究发现,上水平段倒流现象主要受加热段出口流体惯性力和与倒流流体形成的浮升力共同影响,并且倒流现象的发生可以通过Richardson数来判定。     

磷酸自然循环低温蒸发实验研究

国内大型磷酸装置普遍面临浓缩能力不足的问题,回收工艺过程中低温位余热进行稀磷酸低温预浓缩是解决此问题的方案之一。在低于30℃下进行湿法磷酸自然循环浓缩实验研究,获得了彬（P20,）O％～40％的磷酸溶液循环启动工况下垂直上升管内气液两相流沸腾传热平均给热系数377～1047w／（m＾2·K）,与之对应的管内壁温度35～45℃。实验结果表明,磷酸自然循环低温蒸发具有流体动力学稳定性,适于利用低温位热源。     

自然循环窄矩形通道内过冷沸腾两相摩擦阻力特性

采用去离子水作为实验工质,在低压低流速自然循环工况下开展了单面加热可视化窄矩形通道内的过冷沸腾摩擦阻力特性实验研究。实验中测量了实验段内的压降数据,并通过高速摄影仪拍摄了窄矩形通道内的气液两相图像,提出了过冷沸腾条件下的两相摩擦压降的剥离计算方法。基于本实验中获得摩擦压降数据,对分别基于均相流模型和分液相模型的经典两相摩擦压降计算关系式进行了评估,实验结果表明:采用不同等效黏度计算方法的均相流模型计算结果比实验值明显偏小;而分相流模型中,Sun and Mishiba关系式和Tran关系式均能够较好地预测摩擦阻力,计算值与实验值的平均相对偏差在±15%以内。结合实验数据,以分相流模型方法为基础,考虑全液相Reynolds数、Martinelli参数和Laplace数的影响,获得了计算分液相折算系数的经验关系式,与实验数据符合较好,平均相对误差在10%范围内。     

棒束通道内自然循环流动阻力特性

在自然循环条件下,进行了棒束通道内的流动阻力特性实验研究。结果表明,棒束通道内的流动摩擦阻力系数小于Cheng&Todreas关系式的预测值,且转捩现象不如圆管明显,转捩点Reynolds数为800左右。根据实验结果拟合了层流区的摩擦阻力系数计算关系式,该关系式仍然符合圆管中层流摩擦阻力系数的计算形式。另外,棒束通道的流动在自然循环条件下仍具有宽广的过渡区。通过实验还发现,加热段的热通量会影响棒束通道的摩擦阻力,摩擦阻力系数随热通量的增大而减小,并根据实验结果提出了不同热通量下摩擦阻力系数的黏度修正计算式。棒束定位格架的局部阻力没有明显的转捩现象,并根据局部阻力系数的变化规律拟合了Re < 1500和Re > 2000时的局部阻力系数计算关系式。     

矩形通道内低压自然循环压降型脉动及其复合型脉动可视化研究

以去离子水为工质,对矩形通道内低压自然循环压降型脉动及其复合型脉动进行可视化实验研究,利用可视化手段拍摄脉动过程气相分布状态图像。通过流量脉动曲线与图像进行对照,分析流量脉动的物理过程及产生机理。实验过程中发现4类动态不稳定性：第Ⅰ类密度波（DWO_Ⅰ）、压降型脉动（PDO）、复合型脉动（SPO）及第Ⅱ类密度波（DWO_Ⅱ）。重点分析了压降型脉动与复合型脉动产生机理、影响因素及流动不稳定性边界。实验研究发现,受矩形通道挤压效应及稳压器内部可压缩空间影响,工质在稳压器和循环回路之间往复波动,形成压降型脉动,增大加热功率压降型脉动会叠加第Ⅱ类密度波形成复合型脉动。两类脉动的起始点会随入口过冷度增加呈现偏离趋势,并且压力增加,偏离趋势会随之增大。通过相变数、过冷度数等无量纲参数绘制了压降型脉动不稳定性边界。     

微小通道内低Reynolds数液-液两相流动与换热特性实验研究

实验研究了圆形微小通道内液-液两相流的流动和换热特性。选用去离子水为分散相,高黏度二甲基硅油为连续相。通过处理高速摄像所拍摄的可视化图像,总结了液-液两相流流型和液滴的长度/形状特征。并在此基础上考察了低Reynolds数下液-液弹状流对微小通道的换热作用。结果表明,平均Nusselt数随着Reynolds数的增加而增加,且油水比越大传热系数增加幅度越明显。Nu随着含水率的增加而降低。虽然含水率增加会使两相平均热容量提高,但在低Reynolds数下,这种提高被其长液滴内较弱的循环强度所抵消。选用三种不同形式接头在相同混合速度和含水率的情况下生成不同长度的液滴,发现短液滴更有利于换热。相同工况下,液滴长度的优化可以使整体传热系数提高近26%。