摇摆条件下圆管内层流摩擦阻力的理论研究

建立了摇摆条件下圆管内的层流流动模型,推导出无量纲化的速度表达式,得到摩擦阻力系数关系式。在所有附加力中,只有切向力对流体产生影响,离心力和科氏惯性力的影响相互抵消。平均摩擦阻力系数与非摇摆条件下的表达式相同。摇摆运动对层流摩擦阻力系数的影响随着雷诺数(Re)的增加而逐渐减小。     

摇摆条件下矩形通道内层流传热特性的数学分析

对摇摆条件下矩形通道内的层流特性进行了理论分析。推导出摇摆条件下的速度和温度关系式,并由此得到传热系数关系式。Nu的平均值与位置有关;瞬时Nu的波动振幅随Pr的增加而增加;瞬时Nu与摇摆运动之间的相位差为45°。     

摇摆条件窄缝矩形通道内层流充分发展流动

为获得摇摆条件下窄缝矩形通道内充分发展层流流动规律,首先根据流体质点受力分析结果求解摇摆条件下的动量方程获得层流充分发展速度分布和摩擦系数的理论解;然后开展角振幅±15°、周期8 s摇摆条件下900≤Re≤2600范围内的层流等温流动实验。理论和实验研究结果表明,摇摆条件相对静止条件的最大不同在于各项质量力的周期性变化会引起压力梯度的周期性变化,流体动力结构关系进行重新调整。其中,流体所受剪切力不发生变化,各项质量力产生的压降波动会相应地引起总压降的波动,而摩擦压降和流量不发生变化;摇摆条件下层流摩擦系数也不发生变化,并且理论预测值相对实验值的偏差在-1.1%～+4.3%的范围,两者具有较好的一致性。     

摇摆条件下圆管内的摩擦阻力模型

对摇摆条件下的层流和湍流流体的受力特性进行了分析。从Navier Stokes方程出发建立了摇摆条件下层流和湍流流体的流动模型,推导出了摇摆条件下圆管内层流和湍流流体的速度表达式和摩擦阻力系数表达式。分析了摇摆条件对流体流动特性的影响机理。将理论模型与实验结果进行了比较验证,两者较为吻合。     

圆管内层流脉动流动相位差分析

为研究圆管内脉动流的流动特性,通过建立数学模型,对圆管内低频率层流脉动流动中流量与压差间的相位差进行了分析。研究结果表明：低频率流量脉动未引起流体的速度径向分布变化,压差与流量之间存在相位差,相位差只与通道直径、流体黏性及脉动频率相关,脉动频率及流道半径越大,相位差越大,加速度是导致相位差出现的主要原因。     

摇摆条件下竖直圆管内干涸型临界沸腾的数值研究

针对摇摆条件下竖直圆管内干涸型临界热流密度（Dryout CHF）进行了三维数值计算,研究了摇摆条件下竖直圆管内相态分布特性、圆管内临界热流密度（CHF）的位置以及最高壁面温度,同时对管壁沿程换热系数特性进行了分析。结果表明:在摇摆条件下,圆管内相分布呈现周期性变化,CHF的位置也会发生周期性变化;同时发现摇摆运动会导致壁面最高温度更高,因此摇摆条件会使沸腾临界现象更严重。随着流型转变和沸腾传热机制的变化,管壁换热系数沿流动方向也会显著变化。本研究可以为摇摆条件下Dryout CHF的数值预测提供参考。      

摇摆条件对稠密栅元内流动的影响

利用非稳态雷诺平均模拟(URANS)对摇摆条件下稠密栅元内的流体波动和大尺度相干结构进行理论分析,计算结果与实验值非常接近.摇摆运动会对流体波动和相干结构产生影响,摇摆条件下的流体波动周期比稳态条件下的流体波动周期略大10％.摇摆条件下流体的相干速度与稳态条件下的相干速度之间有一定的差异.最小相干主流速度位于流道中央,...     

摇摆运动条件下自然循环温度波动特性

1.西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室,陕西西安 710049;2.哈尔滨工程大学核科学与技术学院,黑龙江哈尔滨 150001     

摇摆条件下圆管通道内气-液两相压降特性研究

开展了摇摆条件下圆管通道内气-液两相压降特性实验研究,获得了摇摆条件下实验段内瞬时及时均压降。构建了摇摆条件下两相压降计算模型构建,与实验结果对比符合很好。根据实验数据和模型计算结果分析摇摆条件对两相压降特性的影响规律,发现摇摆条件下通道内瞬时总压降呈现周期性波动,但其时均值和静止时相比偏差不大。进一步分析发现,摇摆条件下摩擦压降基本不变,摇摆运动引入的附加压降可忽略不计,而摇摆条件下重位压降的周期性波动是总压降出现周期性波动的原因。     

摇摆条件下矩形通道内冷却剂温度与流场分析

运用流体计算软件模拟计算和分析了处于船用反应堆某处的矩形冷却剂通道在随船体摇摆运动时冷却剂的温度和流场。在计算过程中,考虑了由于船体摇摆运动而引起的流量孔板流量分配的变化对矩形通道入口速度的影响。由计算结果发现,在船体摇摆过程中,通道内冷却剂温度和流场是由船体运动而造成的通道入口冷却剂平均流速变化和通道随船体摇摆共同作用的结果。当通道入口冷却剂平均流速变化较大时,通道内冷却剂温度和流场的变化主要体现了冷却剂流量变化;而当通道入口冷却剂平均流速变化较小时,通道随船体摇摆对冷却剂温度和流场的影响明显。     

摇摆条件下矩形管内流体流动模型

建立了摇摆条件下矩形管内层流流动模型,推导出了速度分布表达式,分析了摇摆运动对矩形管内层流流动的影响。离心力的作用在系统中被相互抵消。切向力会引起速度波动,速度波动周期因而与摇摆周期一致。切向力不会改变平均速度分布,因而不会改变层流平均摩擦阻力系数。在矩形管内的层流流体中也会出现Richardson效应。     

摇摆条件对湍流流动特性的影响

利用Fluent软件对摇摆条件下矩形管内的湍流流体进行理论分析,分析了多种湍流模型和多个参数对流动特性的影响。在摇摆条件下,矩形管中心区域速度分布趋于均匀化,但壁面附近的速度梯度增大,从而使摩擦阻力系数增加。壁面会对摇摆条件对湍流流体的影响产生抑制作用。在纵摇条件下,小长宽比矩形管内速度等高线成哑铃状分布。对于本文的计算流体,摇摆条件下的湍流摩擦阻力系数与Re的0.47次方成反比。     

摇摆条件下子通道内湍流流体的数值分析

利用FLUENT软件分析了摇摆条件对典型四棒束间的湍流流体流动和传热特性的影响机理。摇摆运动会对棒束间流体的流动传热特性产生一定影响。RSM模型可以很好地描述摇摆条件下子通道内的参数分布。摇摆周期变化带来的径向附加力的变化不会对摩擦阻力系数、传热系数和Reynolds应力产生影响。在摇摆条件下,摩擦阻力系数、传热系数和Reynolds应力呈周期性变化,但最大摩擦阻力系数所在时刻并不固定,而最大传热系数却始终是在流速最大的时刻。     

摇摆运动对弹状流向搅拌流转变边界的影响研究

流型的精确识别对于改进两相压降的计算精度有重要意义。本文利用静止时实验数据对现有弹状流向搅拌流的转变准则进行了验证评价。在此基础上选择符合最好的转变准则,引入摇摆运动产生的瞬变外力场,构建了摇摆条件下弹状流 搅拌流转变准则,利用摇摆条件下的实验数据进行了验证。对转变准则进行分析,结果表明,在现有工况范围内,随摇摆振幅的增大,弹状流向搅拌流转变略有提前,而摇摆周期对流型转变的影响可忽略。     

Study on Influence of Rolling Motion on Transition Boundary of Slug Flow to Churn Flow

The accurate identification of flow pattern is of great significance to improve the calculation accuracy of two-phase pressure drop. In this paper, the existing transition criteria of slug flow to churn flow were verified and evaluated using the static experimental data. On this basis, the best transition criterion was selected and the transition criterion between slug flow and churn flow under rolling condition was constructed by introducing the transient external force field produced by rolling motion, which was verified by the experimental data. The transition criterion was analyzed. The results show that with the increase of rolling amplitude, the transition of slug flow to churn flow advances a little, while the influence of rolling period on transition boundary can be ignored.     

横摇运动下U型管内流动与传热数值分析

利用Fluent软件分析了横摇运动下U型管内湍流流体摩擦阻力系数f和努塞尔数Nu随时间的变化。计算结果表明:横摇运动下U型管内流体f和Nu随着时间周期性波动,波动周期与横摇周期相同,波动幅度随着横摇周期的减小和横摇振幅的增大而增大;f和Nu的平均值、最大值与横摇振幅和横摇角频率近似呈线性关系;横摇增大了U型管内流体流动阻力和传热系数;横摇对U型管内流体流动传热的影响与直管明显不同。     

摇摆状态下矩形通道内弹状流压力模型

本文通过可视化方法对竖直与倾斜条件下矩形通道内弹状流单元的参数进行研究,尝试给出摇摆状态下矩形通道内弹状流压力模型。通过图像处理给出气弹段空泡份额以及两相速度的计算关系式,并验证漂移流模型在液弹段的适用性,给出弹状流单元的长度份额以及空泡份额的计算关系式。根据实验结果给出摇摆条件下矩形通道内弹状流压力组分的模型,并重点分析摩擦压降模型的适用程度。结果表明,弹状流压力模型可很好地预测摇摆条件下矩形通道内的压力。