稳定蒸汽浸没射流冷凝传热系数评价

为分析稳定蒸汽浸没射流的传热特性,对3类典型冷凝传热系数开展评价。结果表明:平均传热系数实验值精度主要受界面面积计算模型影响,由冷凝驱动势和蒸汽质量流速表征的传统半经验关系式在不同孔径下的预测偏差较大,新增排放孔径为独立拟合变量的纯经验关系式适用范围更广且误差在±30%以内;界面传热系数的预测精度主要受汽羽微观参数取值的影响;由压力振荡主频表征的无量纲传热系数在低池水过冷度下与实验值偏差较大,关系式中纳入汽羽贯穿长度后,预测趋势与实验值类似。      

音速浸没射流气羽特性实验研究

以直径10 mm喷管为研究对象,针对入口压力为0.2～0.8 MPa的饱和蒸汽在20～60 ℃过冷水中气羽特性进行了实验研究。结果表明,蒸汽气羽长度主要受蒸汽质量流速和水温影响,随蒸汽质量流速及水温的升高,气羽长度增加。同时根据实验结果,在理论推导的基础上给出了计算气羽无量纲穿透长度及换热系数的实验关联式。气羽长度预测值与实验值相对误差在±15%以内,换热系数预测值与实验值在椭圆形气羽区相对误差在±12%以内。     

蒸汽浸没射流压力振荡特性实验研究

为指导Ⅰ型鼓泡器排放管的结构设计,对常压工况下不同蒸汽质量流速（150～500 kg/(m²·s)）、池水过冷度（18～68 ℃）、开孔直径（10、16 mm）和孔数（单孔、双孔）蒸汽浸没射流的压力振荡特性开展实验研究。结果表明：不同开孔结构下的振荡强度均随蒸汽质量流速的升高或池水过冷度的降低而先增大后减小;当孔径增大或孔数增多时,达到稳定冷凝所需的最小蒸汽质量流速降低,流型转变导致振荡强度减小。不同开孔结构下的振荡主频均主要受池水过冷度和开孔直径的影响,且随过冷度的降低或孔径的增大而减小。孔数变化对主频的影响是多重的,但总体效果弱于孔径变化。通过对主频实验值进行拟合,获得了由池水过冷度和排放孔径表征的半经验关系式,相对误差在±20%以内。     

含不凝性气体蒸汽浸没射流冷凝压力振荡实验研究

实验研究了不凝性气体（空气）含量、水温和蒸汽质量流速对蒸汽浸没射流冷凝压力振荡特性的影响,实验工况横跨冷凝振荡（CO）区和稳定冷凝（SC）区。结果表明：对于纯蒸汽射流,压力振荡主频随水温的升高而降低,振荡强度随水温的升高而升高;在CO区,振荡主频和振荡强度均随蒸汽质量流速的升高而升高;在SC区,振荡主频随蒸汽质量流速的升高而降低,振荡强度基本上不随蒸汽质量流速的变化而发生改变;对于含空气射流,随空气质量分数的增加,振荡主频总体呈下降趋势,振荡强度先迅速下降后小幅上升,在空气质量分数为0.05～0.1区域内振荡主频和振荡强度均存在极小值。     

不凝结气体对蒸汽浸没射流压力振荡强度的影响

对含不凝结气体（空气）的蒸汽浸没射流压力振荡特性进行了实验研究。研究发现,含有少量不凝结气体时,蒸汽浸没射流凝结形态发生显著变化。含不凝结气体的压力振荡强度较纯蒸汽时明显变小,但含有少量不凝结气体的压力振荡强度随空气质量分数的增加整体呈缓慢上升趋势。压力振荡强度随径向距离的增加而单调减小,随轴向距离的增加先增大后逐渐减小,存在压力振荡峰值,且随空气质量分数的增加,压力振荡峰值位置沿轴向后移。压力振荡峰值位置在轴向无量纲距离X=3和X=12之间。不同过冷水温度下,压力振荡峰值随空气质量分数变化的趋势不同。压力振荡峰值的位置即压力振荡最强的位置位于核心汽羽的尾部。     

蒸汽射流凝结压力振荡幅值研究

为了得到蒸汽在过冷水中浸没射流凝结引起的压力振荡特性,针对不同的蒸汽质量流率和过冷水温度对压力振荡的影响进行实验研究。通过高频压力传感器测量得到了不同测点位置的压力振荡幅值,并结合蒸汽射流凝结形态分析蒸汽质量流率和过冷水温度对压力振荡幅值的影响规律。结果表明,蒸汽射流凝结在凝结振荡区比较剧烈,在稳定射流区相对缓和,从凝结振荡向稳定射流的形态转变导致了压力振荡幅值随蒸汽质量流率出现先减小后增大的趋势;振荡幅值随水温的升高不断增大,特别是当水温大于40℃时,由于过冷度减小,射流凝结形态变得发散,导致凝结振荡幅值大幅增加。     

蒸汽发生器二次侧汽液两相流数值模拟

以大亚湾核电站蒸汽发生器为原型,在相似原理的指导下,建立了蒸汽发生器“单元管”三维物理模型,采用Particle模型和热力学相变模型,并基于CFX软件实现了蒸汽发生器二回路侧两相流流动与沸腾换热特性数值模拟。计算结果表明：满负荷运行时,沿传热管高度升高,蒸汽发生器的传热系数及截面含汽率均呈上升趋势,其平均传热系数的数值模拟结果与Rohsenow经验关联式计算结果间的误差为8.4%,出口质量含汽率与大亚湾核电站实际运行参数相符。热相变模型在蒸汽发生器两相流数值模拟中的成功应用,可为蒸汽发生器热工水力的准确分析提供参考。     

高温气冷堆甲烷蒸汽重整制氢蒸汽重整器的初步研究

基于一维拟均相模型，针对高温气冷堆具有单根转化管的甲烷蒸汽重整器建立了动态数学模型，开发了相应的计算程序，并对日本原子能研究所设计的甲烷重整器进行了稳态计算与分析。研究结果表明：重整器氦气入口的散热损失对重整器性能有明显影响，而化学反应速度则不是影响其性能的主要因素。稳态计算结果与实验结果较好吻合。      

高温气冷堆甲烷蒸汽重整制氢系统中蒸汽重整器的数值分析

为了对高温气冷堆甲烷蒸汽重整制氢系统中氦气加热的蒸汽重整器的性能进行定量化的分析,基于一维拟均相模型建立了一个动态的数学模型,开发了相应的计算程序.利用日本原子能研究院的实验结果进行了稳态下的模型验证与计算分析.研究表明:稳态的计算与实验结果吻合较好;化学反应速度不是影响性能的主要因素;相对光滑管,中心管采用肋片管使蒸汽重整器性能有明显的提高.     

蒸汽发生器一、二次侧稳态换热特性数值研究

以自然循环倒U型正三角形布置传热管蒸汽发生器为原型,建立蒸汽发生器一、二次侧及传热管"平均通道"模型,采用CFD技术,对蒸汽发生器一、二次侧共轭传热过程和二次侧两相流流动和沸腾换热过程进行研究。结果表明利用计算流体力学方法能精确模拟蒸汽发生器一次侧、传热管和二次侧的换热过程,得到一、二次侧流体温度、速度、汽化速率以及管壁温度的变化。蒸汽发生器直管段传热管管壁温度与一回路温度变化趋势一致,但弯管段传热管内外壁温差较大,顺流段一、二次侧流体温差明显高于逆流段;二次侧汽液两相流体滑速比呈先增大后减小且最终趋于稳定的趋势。     

低参数直流蒸汽发生器稳定性实验研究

针对核供热堆的低温、低压运行条件，建立了大盘管直流蒸汽发生器热工水力学实验系统，实验研究了低参数条件下入口流动阻力、运行负荷和蒸汽发生器出口压力对直流蒸汽发生器稳定性的影响。结果表明：入口节流阻力比、运行负荷、系统压力对直流蒸汽发生器稳定性有影响，通过调整入口节流阻力比，直流蒸汽发生器可在低压参数下稳定运行。     

气泡破裂及其诱发射流液滴释放过程的实验研究

本文基于实验方法,通过高速摄像的方法捕捉不同直径下的气泡破裂过程及射流液滴的释放过程,获得了气泡破裂后气泡空腔的演变过程,捕捉了射流液滴的速度,探究了气泡直径和气泡表面寿命对射流液滴释放过程的影响规律。实验结果表明,气泡表面寿命对气泡破裂产生射流液滴的过程有着重要影响。随气泡表面寿命的增加,破裂气泡产生的射流液滴的速度也随之增加。当气泡直径较小时,气泡表面寿命呈现Rayleigh分布的特征,射流液滴的释放概率也较高。随气泡直径的增加,气泡表面寿命逐渐转变为指数衰减分布的特征,射流液滴的释放概率也随之下降。基于现有实验数据给出了一个精度更高的射流液滴速度与气泡直径关系式。     

水平管内蒸汽冷凝局部换热特性实验研究

以水蒸气为工质,实验研究了水平管内纯蒸汽冷凝的局部换热特性。实验选取换热管内径为25 mm、换热管进口压力为0.15~0.4 MPa、局部蒸汽的Re=5756~92289,分析了蒸汽压力及流速、壁面过冷度对冷凝传热系数的影响,并将采用现有关系式计算的冷凝传热系数与实验结果进行了对比。结果表明：冷凝传热系数随壁面过冷度的增大而减小,随压力的升高和流速的增大而增大;采用现有关系式计算的冷凝传热系数与实验值的偏差较大,关系式有待进一步改进;在实验范围内,由拟合换热关系式计算所得冷凝传热系数与实验结果的相对偏差在15%左右。     

自然循环系统中喷射泵特性的实验研究

在自然循环系统中安装喷射泵并进行了实验研究，研究结果表明，强迫循环时，喷射泵工作特性受回路影响较大，同时，调节冷，热段密度差可改变喷射泵在回路中的工作范围。为避免引射支路出现倒流现象，在实验及分析基础上提出自然循环系统中设计安装喷射泵的一些建议。     

Experimental Investigation of the Steam Condensation Phenomena due to a Multi-hole Sparger

KAERI has performed a series of steam condensation tests to assess the performance of a unit cell sparger that will be used in the APR1400 reactor. A simplified I-sparger was used for the steady state steam condensation tests to study the characteristics of the condensation phenomena due to a multi-hole sparger and to provide test data for a code development and verification. A range of steam mass fluxes for the steady state condensation tests were selected to define the transition region from the condensation oscillation regime to the stable condensation regime. Condensation loads and a variation of the frequencies of the pressure waves due to a steam condensation are analyzed. In addition, the local temperature distribution near the sparger discharge holes is discussed and a condensation regime map for a multi-hole sparger has been suggested.