多孔介质通道中单相流阻力特性数值模拟

以流体分析软件Fluent6.3为平台,建立了颗粒填充多孔介质通道内单相流体的流动阻力预测模型。结果表明:该预测模型具有较高的计算精度,对于无量纲直径D=0.16、0.1和0.04的多孔介质通道,预测值与实验值间的相对偏差分别小于5%、7%和7%;流动阻力随D的增大而减小;对于多孔介质中单相流体的压降,现有模型中的惯性阻力修正系数CF对计算结果的影响显著,不能对阻力压降进行很好地预测。     

多孔介质通道中单相流动压降预测模型

与常规管通道相比较,流体在多孔介质通道中的流动过程更复杂,流动阻力也大幅增加,这就使得难以准确预测流体流过多孔介质通道时的压降。通过构建多孔介质通道的几何模型,并求解N-S方程,虽然可以准确预测阻力压降,但计算时需要划分大量的网格,很难广泛应用。本文在相似理论基础上,以Fluent 6.3为平台,建立了颗粒填充多孔介质通道的压降预测模型,通过求解3维N-S方程,对模型中单相水的绝热流动进行了数值模拟。通过与实验结果进行比较,证明该预测模型对于不同工况下单相流体的压降计算具有较高的计算精度,误差范围小于5%。     

多孔介质内单相流阻力特性

研究了高雷诺数条件下多孔介质内单相流阻力特性.采用孔隙有效雷诺数(Re)修正了惯性项系数Rf的表达式,得到多孔介质中单相流阻力关系式,对影响多孔介质内单相流阻力特性的因素进行了分析.试验结果表明,惯性项系数Rf与渗透率K、孔隙率ε和Re有关.     

骨架发热多孔介质内单相水流动传热实验研究

针对骨架发热多孔介质内单相水流动阻力和传热特性开展了实验研究,拟合获得骨架发热多孔介质内热态流动阻力和对流换热关系式。实验参数范围是:雷诺数Re取127～394,表面热流密度12～62 kW/m2。实验结果表明:在本文研究的孔隙有效雷诺数范围内,惯性项阻力系数Rf受流动参数影响;基于骨架发热条件下获得的阻力关系式具有较好的扩展性,可以较好地预测骨架不发热条件下多种几何结构的多孔介质通道内单相水、单相蒸汽流动阻力;随着表面热流密度增大,对流换热系数不断降低;在相同热流密度条件下,随着质量流速的增大,对流换热系数也会随之增大。     

变粘性效应对含内热源多孔介质通道内流动阻力特性的影响

在整体加热多孔介质热工水力实验回路上,以纯净水为冷却工质,研究变粘性效应对含内热源多孔介质流动阻力特性的影响。结果表明,流体流过加热多孔介质通道时,由于温度变化引起粘度的改变对多孔介质流动阻力特性产生影响。低雷诺数时变粘性效应对阻力压降的影响显著,随着雷诺数的增加其影响逐渐减弱。入口温度较低时,加热与绝热情况下的无量纲阻力压降曲线有明显差别;随着入口温度的升高,两者之间的差别逐渐减小,曲线最终趋于一致。提出了新的Hazen-Dupuit-Darcy(HDD)模型的修正因子ξμ和ξC,由此得到的阻力压降系数的计算值与实验值的相对误差在±11.8%的范围内。     

紧凑换热器的多孔介质模型化

由于使用板翅、棒束、填料等，使用紧凑换热器中的流动是三维的，在求解Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程以得到流体的速度、温度分布时，很难确定流动的边界条件和初始条件，无法进行数值模拟。通过引入多孔介质和分布阻力的概念，可以建立紧凑换热器多孔模型，本文提出建立此模型的基本前提和方法。     

基于有序堆积球床的单相阻力特性实验研究与数值模拟

以有序堆积球床结构为对象建立数值计算模型,应用CFD方法对球床的单相流动阻力进行计算,并通过与两套有序球床的阻力实验进行比较,在不同流动介质、工况及排列方式下验证CFD方法在单相床层阻力计算方面的适应性。验证结果表明,针对球床结构中单相孔隙流动,CFD方法的计算结果能够较真实的反映球床流动阻力特性,并在一定工况范围内具有较好的计算精度。通过数值计算的结果分别拟合得到单相水和过热蒸汽的阻力关系式,为球床堆芯的水力学设计提供参考。     

含内热源多孔介质的局部换热特性实验研究

建立了含内热源的多孔介质模型.该模型以水作为流动介质,流道内填满金属颗粒球,金属颗粒球呈正三角形排列.作为内热源的金属球内镶嵌电阻丝.在此模型的基础上,通过实验研究了流速、金属球壁面温度对含内热源多孔介质局部换热特性的影响规律.研究结果表明:压力对换热特性几乎没有影响;低热流密度下,表面热流密度对换热特性没有显著的影响;高热流密度时,换热系数随热流密度的增大而增加;冷却剂进口温度与换热系数成反比;球层区有入口效应存在,但是影响区域明显小于管内流体的流动区域;获得了幂指数形式的无量纲换热准则关联式,预测值与实验值误差在±10%以内.     

骨架发热多孔介质竖直通道内强制对流换热数值研究

采用局部非热平衡模型,在层流范围内对骨架发热多孔介质竖直通道内的非达西强制对流换热进行了数值研究.采用Forchheimer-Brinkman拓展Darcy模型描述多孔介质内的流动,详细研究了表观雷诺数Re(0.5≤Re≤50),有效导热系数比Γ(0.001≤Γ≤1.0)和Da(10-3≤Da≤10-5)变化对多孔介质流道内流动换热的影响.计算结果表明:Re、Γ和Da变化对流道内流动换热影响显著;当Re、Γ较小而Da较大时,多孔介质流道内局部非热平衡效应明显,必须采用局部非热平衡模型才能对流道内的对流换热特性进行合理准确的预测.     

蒸汽发生器二次侧流场三维数值模拟

基于FLUENT软件程序,采用多孔介质模型,在蒸汽发生器二次侧流场为单相流动的条件下,建立了蒸汽发生器二次侧流场的三维流动计算模型.计算核电厂稳态运行过程中蒸汽发生器二次侧的三维流场,得到整个流场的压力和速度分布.最后对数值模拟的流场进行了分析,得到比较满意的结果.