棒束通道内气液两相流流型的实验研究

常温、常压条件下,在7×7矩形截面棒束通道内进行了垂直向上气液两相流动实验,气液两相折算速度的变化范围分别为0.04~14 m/s和0.238~1.860 m/s。实验中用高速摄像仪对流型进行记录,观察到了泡状流、泡状-搅混流、搅混流和搅混-环状流4种流型,发现搅混流是主要流型,并对Hewitt流型图的界限进行了修正。分析实验数据发现,摩擦压降在泡状流和搅混流区域的变化是相反的。根据实验数据,参考前人的研究得到棒束通道中泡状流向搅混流转变的边界。     

三面加热窄矩形通道内气液两相流流型研究

以去离子水为工质,对截面为3 mm×43 mm的三面加热窄矩形通道内流型转化过程进行可视化实验研究。借助高速摄影仪记录可视化数据,观察到泡状流、弹状流、搅拌流和气膜塞状流等4种主要流型,并详细描述了各种流型发生时通道内气泡转化的过程。记录不同流型转化时的临界点,绘制出三面加热窄矩形通道的流型图,分析流型图中流型转化边界曲线的趋势及形成机理。将本实验流型图与现有相似通道尺寸流型图进行对比,结果表明：三面加热条件下的流型转化过程与绝热条件下的空气 水流型转化过程差异很大,某些流型转化曲线存在趋势上的不同;由于窄边加热部分的影响,与单面加热通道的流型转化过程也存在明显差异。气膜塞状流在绝热条件和单面加热条件下均未出现。     

气-液喷射器内两相流流型分析

对水平安装气-液喷射器内两相流流型进行了分析研究。根据圆管内气-液两相流流型转变的经验准则式,结合气-液喷射器性能方程,得出了气-液喷射器内环状流和雾状流的流型区间。以空气-水喷射器为例,给出了喷嘴出口当地最大马赫数与引射流体入口／出口压比的关系式,证明了当工作气体（空气）在喷嘴中作超临界膨胀时,喷射器内流型至少为环状流。     

起伏振动状态下倾斜管气液两相流型实验研究

在起伏振动状态下对倾斜管内气液两相流进行了实验研究。将振动装置与两相流实验回路相结合,改变管道倾角和振动频率、振幅,分析其对流型转变的影响。研究发现振动条件下的流型与稳态下相比有较大区别,通过对流型分类发现两种新流型为珠状流、起伏弹状流。绘制流型转换边界图结果表明,倾角的增加使起伏弹状流在流型图中的区域扩张,其他流型的区域相对减小。振动频率和振幅对流型转换边界的影响相似,振动频率和振幅增加会使珠状流和准弹状流区域有所增加。3种变化因素中振动频率对流型转变的影响最大。     

通道尺寸对竖直向上气-水两相流流型影响实验研究

本文以空气和水为工质,对竖直向上矩形通道(40 mm×1.41 mm,40 mm×10 mm)和圆形通道(D=25 mm)内的两相流流型特性进行了可视化研究。气液两相的表观速度分别为：0.03～24.71 m/s和0.03～3.73 m/s。3个实验段内均出现了泡状流、弹状流、搅混流和环状流4种流型,40 mm×10 mm和圆形通道中流型特征较为接近,与40 mm×1.41 mm通道中流型相比存在明显差别。此外,绘制出了3种通道详细的流型图。对比结果显示,矩形通道窄边宽度对流型转变有显著的影响,随着矩形通道窄边宽度的增加,其流型转变边界更加趋近于圆形通道。     

棒束通道气液两相流流型识别及动力学特性分析

采集棒束通道实验台上气液两相流4种流型压差信号,计算4种流型的多尺度边际谱熵,对其进行流型识别及动力学特性分析。实验结果表明:多尺度边际谱熵能从整体上区分4种流型,从频域细节尺度定量揭示不同流型间的动力学特性;利用多尺度边际谱熵增率和谱熵均值联合分布可定量准确区分4种流型,对泡状-搅混流这种难以区分的过渡流型也有较好效果;与支持向量机结合具有运算速度快、识别率高的优点,准确率高达98.11%,适合流型的在线识别。     

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。     

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。     

随机填充球床通道内单相流动数值模拟方法研究

利用离散单元方法(DEM)建立通道内球体随机排列几何模型,对通道内单相流动进行数值模拟并进行验证。网格划分中的曲面接触区采用搭桥法处理不仅可生成高质量网格,而且使整体网格数量也明显减少。验证结果表明:计算得到的通道内径向孔隙率分布、平均孔隙率以及流动阻力与经典关系式吻合较好;计算模型能够很好地体现出边壁效应对流动阻力的影响。     

摇摆状态下窄矩形通道内两相流流型特性研究

以空气和水为工质,在40mm×1.6mm的窄矩形通道内对竖直状态和摇摆状态下两相流流型进行了研究。流型由拍摄照片辨别,实验通道内观察到的流型有泡状流、弹状流、搅混流和环状流,绘制出窄矩形通道内的流型图,并与常规尺寸圆管内两相流型进行了对比。摇摆对窄矩形通道内流型的影响与常规尺寸圆管相似,但由于狭小空间的限制及表面张力的作用,摇摆对两相流动并无明显影响。     

1000 MW核主泵失水事故工况下气液两相流分析

针对1 000 MW压水堆核电站主泵水力性能要求,在对核主泵进行水力设计和三维造型的基础上,采用CFD技术对失水事故工况核主泵气液两相流进行数值计算,并分析了失水事故工况下的核主泵气体分布,不同空泡份额工况下气体在流道内变化,以及空泡份额、冷却剂温度对核主泵扬程、效率的影响。计算结果表明：事故工况核主泵叶轮内气体主要分布在叶轮轮毂附近区域;沿叶轮轴向方向含气量逐渐增高,而沿径向方向含气量逐渐降低;当空泡份额在15%范围内,随着空泡份额的增加,扬程由113 m降低到85 m,效率由75%下降到65%,但仍能正常工作;当空泡份额大于15%,泵性能急剧下降,扬程下降到48 m,效率也降低到31%,泵丧失正常工作能力;冷却剂温度在270～350 ℃范围内,随着冷却剂温度增加,效率、扬程变化很小,但当温度超过350 ℃,主泵的性能急剧下降,致使主泵无法安全运行。     

周期性力场作用下窄通道内两相流压降特性

通过实验研究了摇摆造成的周期性附加惯性力作用下矩形窄通道内空气 水两相流压降特性。按分液相雷诺数将流动分为层流区（Re_f <800）、过渡区（800≤Re_f≤1 400）及湍流区（Re_f >1 400）3个区域,并对各区域内附加压降、重位压降和摩擦压降平均值及瞬态值进行了比较。结果表明,附加惯性力对窄通道内两相流整数倍周期内平均摩擦阻力无明显影响。周期性附加惯性力作用下(摇摆周期16 s,摇摆振幅30°),层流区及过渡区气相表观速度、液相表观速度、质量含气率及摩擦压降随时间周期性波动,波动周期等于摇摆运动周期;瞬时摩擦压降相对于其平均值的波动幅值随气液两相流速的增加而减小。湍流区两相流动参数周期性波动不明显。     

大L/d倾斜并联光管汽-液两相流不稳定性实验研究

在高压高温试验台上对倾斜并联管汽-液两相流不稳定性进行了实验研究,观察到了压力降型和密度波型等两类不稳定性脉动。在试验管长与管内径比L/d>1200条件下,没有上游可压缩容积时也发生压力降型脉动。系统压力、质量流速、热负荷和进口过冷度等参数对不稳定性有显著的影响。实验表明,在倾斜并联管中,压力降型脉动出现在含气率较低的水动力曲线负斜率段,为两管整体脉动;而密度波型脉动出现在含气率较高的正斜率区域,呈管间脉动。经过对比发现,倾斜并联光管的脉动特性与垂直并联管类似。     

受热管内空泡率空间分布与流型的关系

介绍了运用RBI双探头光学探针,在加热上升管内对蒸汽-水两相流空泡率径向分布测量的情况,同时对不同实验工况下两相流流型进行了识别。根据实验结果,总结出加热上升管内空泡率径向分布与流型的关系。