基于液膜蒸干模型的低压低流量环状流CHF理论研究

为对低压低流量下的环状流临界热流密度（CHF）进行预测,建立了考虑液膜蒸发、液滴沉积和夹带的液膜蒸干模型,并用已有的实验数据对其进行验证。计算结果表明：在实验参数范围内,CHF计算值与实验值相对偏差在25%以内,两者符合较好。以建立的环状流CHF模型为基础,研究了进口焓差、质量流速、管径和加热长度对CHF的影响。该模型能够有效地计算低压低流量环状流CHF和分析CHF随不同参数的变化趋势。     

均匀加热窄通道内环状流液膜厚度和换热系数的预测模型

为探究窄矩形通道内环状流的流动传热特性,根据液膜的质量、动量和能量方程以及汽芯的动量方程建立了环状流的预测模型。对该模型进行数值求解,得出了窄矩形通道内环状流区域的沸腾换热系数,并分析了热流密度、质量流速和矩形通道尺寸对液膜厚度的影响。结果表明:该模型能很好地预测沸腾换热系数,其误差在±30%以内,且热流密度和矩形通道的尺寸对液膜厚度的影响效果比较大。     

棒束通道内环状流气液界面行为及形成机理研究

棒束通道中环状流气液界面行为的研究,能为压水堆的事故处理和沸水堆电厂的正常运行提供数据和理论支撑。本研究针对3×3棒束通道中环状流气液波状界面形式进行记录与分析,绘制详细的环状流流型图,并针对其形成机理进行分析。结果表明：棒束通道中的环状流主要有搅混型、未全润湿、平滑边界型、单一波状流、包状扰动波、带状扰动波和带状扰动波叠加液相丧失7种形式;单一波状流是当气相速度较高、液相速度较低时,气液界面上发生的有固定波峰和波谷、以固定速度向上运动的流动形式,其现象可通过Kelvin-Helmholtz型不稳定性理论来解释;当液相流量升高或气相流量减少时,发生单一波状流界面失稳,界面能量增加,进入到包状扰动波或带状扰动波阶段;当能量超过1.6 kPa²/Hz时,界面能量超过底层液膜束缚能力,产生液相丧失型环状流。     

下降液膜的阴影成像法研究以及数值图像处理

下降液膜广泛运用于先进压水堆核电站的安全系统(如 AP 1000)和核能海水淡化系统.本文通过阴影成像法技术对下降液膜流动不稳定性进行了实验研究,获得了宽广的下降倾角范围内(β=0°～90°)的液膜扰动波的阴影图片,揭示了重力对于液膜扰动波发展演变的重要影响.运用数值图像处理方法研究了下降液膜扰动波的特性,定量分析了液膜扰动波的发展变化,迸一步证明了重力对于扰动波发展演变的重要影响,得到了下降液膜扰动波的4个特征区域,绘制了区域随雷诺数和沿程距离的演化图,揭示了雷诺数对于扰动波区域分布的影响.最后通过频谱分析得到了液膜扰动波的扰动频率,获得了与实验一致的结果.     

下降液膜孤波分析

文章以OoshidaTakeshi液膜厚度规范化公式为基础,用Auto2000连续与分叉软件研究中等雷诺数下的下降液膜表面单峰和双峰两种类型孤波波形。计算给出了孤波波速与雷诺数之间的关系曲线,该曲线与文献中的理论和实验结果相吻合。计算结果表明,这两种类型孤波的波幅均随着雷诺数的增加而增加,随着韦伯数的减少而增加。     

竖直窄矩形通道内弹状流中液膜特性研究

气液两相弹状流广泛存在于工程领域,弹状流中液膜特性对弹状流模型的建立具有重要意义。为此利用高速摄像系统,对竖直窄矩形通道(3.25 mm×40 mm)内弹状流中液膜进行了可视化研究。实验中发现窄矩形通道中气弹左右两侧窄边液膜厚度不等且存在波动,但其对两侧液膜速度影响较小,两侧液膜速度相等。液膜脱离厚度主要受两相流速及气弹长度影响。液膜脱离速度随液相折算速度增加而增大;在低液相流速时,随气相折算速度增加而减小;当液相流速≥1.204 m/s时,液膜不下落,液膜脱离速度随气相速度变化较小,主要受液相流速影响。     

外加扰动下垂直管内气-液两相流空隙波特性

采用双环电导探针技术实验研究了外加扰动对垂直上升管内气-液两相流空隙波特征的影响。研究结果表明,气-液两相流空隙波对外加周期性扰动具有频率选择性。在泡状流区,低频扰动能诱发与扰动等频的空隙波;在泡状流／弹状流转变区,低频扰动能加速气泡合并,促进泡状流向弹状流转变;而在弹状流区空隙波特征对外界扰动并不敏感。空隙波的传播速度受外界扰动频率的影响,随着扰动频率的增大,空隙波波速先减少又增大。本文的实验研究发现,存在对气-液两相流空隙波特征影响最为显著的临界扰动频率,在本实验条件和参数范围内,该临界扰动频率为20Hz。     

窄矩形通道内搅混流和环状流相界面参数的计算方法

空泡份额和界面浓度是两相流动中重要的相界面参数,准确获取窄矩形通道内搅混流和环状流工况下空泡份额和界面浓度是构建和完善两流体模型的关键。本文针对横截面为65 mm×2 mm的矩形通道开展了气液两相流动特性可视化实验研究,气相折算速度j_g＝1～9 m/s,液相折算速度j_f＝0.1～1.5 m/s,流型包含搅混流和环状流。提出了基于高速摄像法获取搅混流和环状流下空泡份额和界面浓度的分析计算方法,利用该方法所得空泡份额与窄矩形通道内经验关系式计算值的相对偏差约在10%以内。此计算方法可为研究复杂流型下窄矩形通道内的相界面参数提供理论依据。     

螺旋管内汽液两相流密度波型脉动流动传热试验研究

详细介绍了在沸腾通道内部发生汽液两相流水动力不稳定性而出现周期性密度波型脉动时,脉动流动过程中瞬态和时均传热系数的实验研究结果。实验在以水为工质、以螺旋管作沸腾蒸发试验段的中低压闭式循环系统上进行,试验参数范围为：压力p=05～35 MPa,质量流速G=200～2 100 kg/(m2·s),工质进口过冷度ΔTsub=20～90 ℃,试验段壁面热负荷qw=0～540 kW/m2,密度波脉动的周期为T=125～14 s,且主要集中在4～10 s范围内。对密度波脉动过程中瞬态及时均传热系数和其它主要参数的基本特征与变化规律作了分析和描述,提出了表征密度波脉动传热的新的特征准则数和传热系数计算式。     

矩形小流道受限汽泡流及环状流区域沸腾传热模型研究

为探析矩形小流道受限汽泡流及环状流区域沸腾传热机理,本文基于理论推导,从受限汽泡典型特征出发,探明了受限汽泡流几何结构;基于时间加权平均方法,确定了受限汽泡区及液塞区在受限汽泡流所占权重;基于一维导热等理论和积分方法,建立了液膜蒸发换热系数计算方法,并将其应用于环状流区域。综合上述方法,提出了一种新的受限汽泡流及环状流区域沸腾传热模型——双区域模型,该模型适用范围为:雷诺数（Re）为2300~5373,普朗特数（Pr）为2.75~19.8,毛细数（Ca）为0.000835~0.002767。      

液态金属钠在环管中湍流传热特性研究

采用高雷诺数(Re)k-ε模型与壁面函数法对液态金属钠在环管中湍流流动传热特性进行计算,并与实验结果进行比较,结果表明计算值与实验结果符合较好。应用该方法研究湍流程度、加热条件、几何条件等因素对液态金属钠在环管中湍流传热特性的影响。研究表明,湍流程度对传热的影响主要集中在流道前半段,后半段分子扩散对传热的影响逐渐凸现出来,使不同湍流程度下传热特性的区别逐渐缩小;初始温度与加热热流密度对传热特性无明显影响;环管间隙增大,湍流传热效果增强,同等间隙时管径变化对传热特性无明显影响。     

垂直下降液膜波动特性实验研究与谱分析

利用平面激光诱导荧光技术（PLIF）结合数字图像处理对不同Re下液膜厚度的实时变化进行测量。通过MATLAB内建功率谱密度计算函数对液膜波动的时间序列进行进一步的处理,获得了液膜波动特性的功率谱密度(PSD)曲线,对不同Re下的液膜波动规律进行了频谱分析。结果表明：液膜波动具有显著的多频特性,且各频率有优劣之分,孤立波数量虽少,却携带液膜波动的大部分能量,对液膜波动的贡献不可忽略。液膜波动幅度与Re有关并呈现出一定的规律性：小Re时,液膜的波动幅度与Re有强烈的相关性,随Re的增大而增大;中等Re时,液膜的波动幅度基本保持稳定;大Re时,孤立波的出现使液膜波动幅度急剧增大,液膜波动不稳定性增强。     

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。     

A Disturbance Wave Instability Model for Annular-to-intermittent Flow Transition in Vertical Two-phase Flow System

A model is developed to describe the transition from annular flow to intermittent flow in a vertical two-phase flow system. Since the instability of the disturbance wave, which is a dominant wave shape at the boundary between annular flow and intermittent flow, is considered as a governing mechanism, this instability described by the concept of hyperbolicity breaking in the characteristic equation is included in the model. The developed model is validated by comparing its predictions of gas superficial velocity for the transition with experimental data available in the literature, and comparing those with the predictions of the other correlations. The comparison results show that the model gives better predictions for the transition condition than existing correlations, and the effects of fluid properties, geometry and liquid flow rate on the transition are well considered by the developed model. The average of prediction errors is 3% for the present model. The standard deviation of the prediction errors of the model reaches 28%, which is the smallest among the models compared here.     

摇摆状态下竖直管内环状流摩擦压降计算

对摇摆状态下3种不同管径的竖直管管内环状流摩擦压降计算进行了研究.以分相流模型为基础,对采用传统奇斯霍姆常数C所得到的环状流摩擦压降计算值与实验值进行比较,发现误差很大.通过分析发现,在摇摆状态下,奇斯霍姆常数C与滑速比呈降幂指数关系.结合实验数据给出了相应的计算关系式,并采用该计算式对环状流摩擦压降进行计算,实验值与计算值符合较好.     

平板降膜波动形态的数值研究

采用电容探针和高速摄像对水膜垂直流下平板的波形进行实验测量。根据实验数据对两种典型的波形建立模型并进行数值计算来研究降膜表面波的内部结构。数值计算假设降膜表面波形状不变且忽略空气对降膜表面的剪应力,得到了表面波内部的速度分布和壁面剪应力的分布。数值计算得到的波速和实验测量值吻合良好。在一种大波幅的波形内部发现回流的现象。     

Effect of Liquid Flow Rate on Film Boiling Heat Transfer during Reflood in Rod Bundle

An experiment was performed in a wide range of core flooding rate to study the effect of liquid flow rate on the film boiling heat transfer during reflood using a 6 × 6 heater rod bundle with a full-height heated length. The flooding rate was in the range of 2–30cm/s. The obtained data were evaluated through assessment and improvement of Murao-Sugimoto heat transfer coefficient correlation, which predicted well the heat transfer coefficient under the core flooding rate up to 10 cm/s, but underestimated the heat transfer coefficient in the range of the flooding rate higher than 10 cm/s. An empirical correction factor for the Murao-Sugimoto correlation was proposed based on the present experimental data. The proposed correction factor was confirmed to be applicable to another large scale tests.