溶液堆内气-液两相流流动及换热特性数值研究

在溶液堆台架模型数值模拟研究的基础上,对实际堆结构的堆芯内气-液两相流流动及冷却盘管与堆内溶液间的换热特性进行了数值模拟研究.采用欧拉两相流模型描述堆芯内气-液两相流流动,MUSIG(MUltiple-SIze-Group)模型描述堆芯内气泡尺度分布和相互作用,流-固耦合模型描述溶液与盘管间换热.数值计算得到了堆芯内的温度、速度、气泡组分等分布及冷却盘管的换热效率.数值计算结果表明:在有气泡扰动时堆内温度分布比没有气泡时均匀,冷却盘管可将堆内产生的85%热量带出,与试验测量结果一致.额定功率时,不同气体产生量对于冷却盘管换热影响的研究表明,随着堆内气泡产生量的增加,溶液与冷却盘管之间的换热得到强化.     

有内热源的液池与管内流体的耦合传热

对均匀内热源溶液池内的自然对流及冷却盘管内强制对流的耦合传热过程进行了分析,建立了相应的三维物理数学模型,并采用有限容积法进行了数值求解.针对不同容积热源强度以及不同管内流速下溶池内自然对流与冷却管内流体的耦合传热过程进行了数值计算.计算得到的管内外流体对流换热系数以及溶液池与管内流体的总传热系数与理论值以及实验测试结果吻合较好,表明了本文所建立数学模型的正确性.研究结果揭示了溶液池内容积热源强度及管内流速对总传热系数有显著的影响.     

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。      

无内热源有序饱和多孔介质通道内气液两相流阻力特性研究

对无内热源有序饱和多孔介质内蒸汽-水两相流阻力特性进行了实验研究,在多孔介质通道内蒸汽-水两相受力分析的基础上,结合实验数据,得到了多孔介质内空泡份额及气液两相相间作用关系式,通过分析热工水力特征参数和多孔介质几何特征参数对两相流阻力特性的影响,得到了多孔介质内蒸汽-水两相流阻力关系式。结果表明,本文提出的两相流阻力关系式计算结果与实验结果符合良好,且优于其他关系式。本研究结果为进一步开展含内热源多孔介质内气液两相流阻力及传热特性研究提供了实验技术及理论依据。     

管束间两相流的流场及流动特性计算方法研究

利用流体力学数值计算软件FLUENT,基于混合物模型对气-液两相流体绕等间距排列圆管流动进行数值模拟,得到不同工况中心圆柱的升阻力时程和整个计算域的流动特性。通过计算发现,对于气-液两相流绕等间距排列圆管流动而言,中心圆柱的升阻力均方值、极值和旋涡脱落频率均随着雷诺数增大而增大。并通过实验对模拟结果进行比较,验证了模拟结果的合理性。     

环形狭缝通道内环状流模型的数值分析

对环形狭缝通道内的环状流建立了分离流模型。应用质量、动量和能量守恒方程 ,加上相应的边界条件和使方程组封闭的经验关系式 ,对环形狭缝通道的内、外液膜厚度、液膜内的速度分布和温度分布 ,以及内、外管的换热系数进行了数值计算求解     

基于OpenFOAM的铅基快堆流体通道内两相流研究

为研究铅基快堆中铅/铅铋的特殊热物性导致的在两相流情况下的热工水力特性,模拟流体通道中空泡存在对堆芯的输热能力以及安全性的影响,本文采用开源的CFD计算软件OpenFOAM,应用基于VOF方法的数值模拟,构建了铅基快堆中常见的三角形通道模型,通过与子通道程序的验证和单相条件下实验的校核,检验了所用代码的准确性,并对堆内冷却剂通道的两相流进行了模拟。模拟结果表明：随着两相流流速的增大,冷却剂出口温度降低。气液两相流在内通道流动过程中,气相基本在通道内部流动。随着轴向高度的升高,气泡会在内通道的中心区域聚合;燃料组件的角通道是气泡含量多的区域,会造成局部传热恶化,导致组件烧毁。     

RELAP5/MOD3.2竖直管束外大容积沸腾换热模型适用性分析

以浸没在大容积水箱内的非能动余热排出换热器为研究对象,采用实验数据对RELAP5/MOD3.2程序计算竖直管束外大容积沸腾换热适用性进行校核。在充分考虑大容积水箱内流体沿管束轴向的自然对流以及径向的气液间热量交换基础上,合理建立了沸腾换热回路节点划分模型。将计算结果与实验数据进行对比,发现沸腾换热系数的计算值与实验值最大相对偏差在50%以上,且沸腾换热系数随热流密度变化的趋势明显不同。由此判断,Chen关系式并不适合计算竖直管束外大容积沸腾的情况。通过与已有的大容积沸腾换热计算关系式对比,发现Kutateladze “new”公式或Rohsenow公式计算值与实验值符合较好。     

溶液堆台架模型热工水力数值分析

应用欧拉两相流最新CFD(computational fluid dynamics)模型,对某溶液堆台架模型堆芯内气-液两相流动传热进行数值分析.堆芯内气泡被考虑为不同直径的组分,摒弃了传统均一离散相的假设(即假设所有气泡为同一直径和形状),把应用群体平衡理论建立起来的MUSIG(Multiple-SIze-Group)模型考虑到CFD模拟中,MUSIG模型用于描述堆芯内气泡流动特性和尺度分布.同时,对采用MUSIG模型和传统两相流模型的模拟结果进行了比较分析.结果表明,采用MUSIG模型的模拟结果与台架实验结果吻合较好.     

竖直环形狭缝通道内环状流的预测模型

对竖直环形狭缝通道内环状流流动沸腾传热理论模型进行了分析，以液膜质量、动量和能量守恒方程为基础，结合汽芯动量方程建立了竖直环形狭缝通道内环状流的数学物理模型。对该模型进行数值求解，得出了液膜厚度、液膜内的速度分布和温度分布、内—外管的换热系数以及通道内压降值，并与实验值进行了比较。     

含内热源球床通道换热特性实验研究

针对含内热源球床通道内的换热情况,采用电磁感应加热方式对由直径为3 mm、8 mm表面氧化不锈钢球组成的球床通道分别加热,研究球床通道内部的换热特性。通过对实验数据对比分析,得到球床通道内的功率分布情况和换热系数随热流密度、颗粒直径、工质Re的变化规律,并根据实验数据拟合得到球床通道平均换热系数的无量纲准则关联式。拟合结果与实验结果误差在15%以内,符合良好。     

强内热源球床通道单相对流换热特性实验研究

球床水冷反应堆的堆芯为球形燃料元件堆积成的多孔通道,具有显著的强化换热作用。球床通道内的孔隙因具有多变性、随机性的特点,换热情况非常复杂,相关研究较少。为了研究含内热源球床通道内的换热特性,本文用直径为8 mm碳钢球堆积形成球床,以蒸馏水为工质,采用电磁感应加热方式对球床进行整体加热,研究球床通道内部的换热特性。通过对实验数据进行分析,得到了球床通道内部的功率分布和换热系数随热流密度、工质Re的变化规律,根据实验数据拟合得到了球床通道内平均换热系数的无量纲准则关联式,拟合结果与实验结果的相对偏差在12%以内,符合良好。     

Heat Transfer in a Fluid with Internal Heat Generation Flowing through a Vertical Tube

This paper deals with heat transfer in a fluid, with uniformly distributed internal heat source, flowing upwards through a vertical tube. Measurements were made of the temperature distribution in both laminar and turbulent flow, and both with and without heat transfer at wall. Heat generation within the fluid was brought about by passing an electrical current through the working fluid, which was an aqueous solution of sodium chloride. The experimental results were compared with analytical calculations.

Free convection, which occurs and is superimposed on the movement by forced convection, flattens the fluid temperature distribution in laminar flow through thermally insulated vertical tube. In turbulent flow with heat transfer to wall, the temperature distribution near the wall is affected considerably by the outgoing heat flux.     

多孔介质中流动换热特性的研究进展

多孔介质中的流动与传热涉及许多工程应用,已经成为当前工程热物理学科最为活跃的前沿研究领域之一.本文综述了国内外在多孔介质流动与传热研究领域的现状,总结了多孔介质中流型转变的判别标准、阻力预测模型、多孔结构强化传热机理以及考虑固定相与流动相存在热交换时的局部非热平衡理论,提出了以我国反应堆热工水力为工程背景的多孔介质流动换热基础研究新方向.     

基于热管技术的非能动余热排出系统换热能力研究

分离式热管技术在工业领域已有应用,多用于余热回收锅炉等节能领域,具备加热面和冷却面完全分离、冷热源完全隔离且换热效率高等优点。结合分离式热管的工作特性开展了基于热管技术的非能动余热排出系统的理论设计,并基于系统程序对设计方案进行了分析论证,研究了不同充液率、冷热芯位差以及蒸发段和冷凝段面积比等系统条件下的热管传热能力,得到了各参数对热管性能的影响规律,并给出了推荐的适用于非能动余热排出系统设计的参数范围和方向。在本文计算范围内,充液率大于0.7后传热功率明显下降,零位差下系统仍能建立稳定循环,面积比在1.0~2.5范围内变化时,热管功率随面积比线性增大。      

环形通道内再淹没过程流动传热现象实验研究

通过可视化实验手段观察了环形通道内再淹没过程两相流动现象,分析总结了再淹没骤冷前沿推进过程中流型和传热机理的演化规律;通过不同工况下两相流动现象的对比,研究了是否加热和入口质量流速对再淹没过程流型和传热过程的影响规律。研究结果表明,在本参数范围内,实验中加热棒是否存在内释热对两相流动现象的影响不显著;而入口质量流速明显影响再淹没流动传热过程,入口质量流速越大,骤冷前沿附近汽化越剧烈,液膜中汽泡含量增加,更容易发生传热机制的转变。      

Heat Transfer in Laminar Flow with Internal Heat Generation in Concentric Annulus

This paper deals with an analysis of heat transfer in laminar flow with uniform internal heat generation in a concentric annulus with uniform but different heat fluxes at the two wall surfaces. The Nusselt numbers at each wall surface are calculated upon analyzing the radial distribution of the fluid temperature.

It is shown that the Nusselt numbers are affected by the ratios of the radii as well as of the wall heat fluxes, and also by the internal heat generation. As a special case, the analytical results of heat transfer in the absence of internal heat generation are compared with Dwyer's and Lundberg, et al.'s theories.     

Heat Transfer in Turbulent Flow with Internal Heat Generation in Concentric Annulus, (II)

The previous paper(1) dealt with the problem of fully developed heat transfer in a turbulent flow with uniform internal heat generation in a concentric annulus under conditions of uniform but different heat fluxes at the two wall surfaces. This sequel presents analyses of the heat transfer problem in the thermal entrance region.

First, a graphical representation is given of the variations of Nusselt number at each wall surface with distance along the passage. Second, these fundamental solutions for uniform internal heat generation and uniform wall heat fluxes are applied to the case of arbitrary variations of internal heat generation and wall heat flux along the axial direction.     

复合换热管过冷沸腾换热实验与关联式评价

以去离子水为实验介质,在单面受热流密度条件下,开展了聚变装置偏滤器的过冷流动沸腾强化换热特性实验研究,将内肋强化换热技术与内插扭带结构相结合,利用两者的协同强化传热效应,设计出一种复合换热管。实验参数为：质量流速,992～4 960 kg/(m2·s);压力,04～2 MPa;入口过冷度,8701～11921 ℃;热流密度,1～163 MW/m2。对4种强化换热管（光管、内插扭带管、内螺纹肋管和复合换热管）的管内过冷流动沸腾换热特性和综合性能评价指标（PEC）进行了对比实验。结果表明：与其他3种管道相比,复合换热管的对流换热系数和PEC最高,传热特性最好。研究了复合换热管的扭带扰动比、螺距、压力和质量流速对管内两相流动对流换热系数的影响规律,发现对流换热系数与螺距、质量流速呈正比,与扭带扰动比、压力呈反比。最后对比了4个现有的过冷流动沸腾换热经验公式,并在无量纲模型基础上,增加了扰动比和螺径比（t/Dh）进行修正,利用非线性拟合方法提出了适合复合换热管过冷流动沸腾的努塞尔数新公式。