环形窄缝通道单相流动特性研究

对环形窄缝通道内单相流动特性进行了分析，提出了理论模型预测环形窄缝通道内单相流动阻力特性。根据该模型，对窄缝宽度分别为1.0、1.5、2.0mm环形通道内单相湍流流动摩擦阻力系数进行了理论计算，并与实验结果进行了比较。理论预测值与实验结果符合较好，且窄缝间隙大小对环形窄缝通道内流动特性有着重要影响，随着间隙的减小，摩擦阻力系数相应减小。间隙对流动阻力系数的影响还依赖于Re大小，其影响随Re的减小而降低。     

矩形窄缝通道内水稳态和瞬态流动换热特性实验

以去离子水为工质,在压力0.5～5.0 MPa的范围内,对矩形窄缝通道内水稳态及瞬态流动换热特性进行了实验研究。结果表明:矩形窄缝通道在水平和竖直放置以及稳态和瞬态条件下,水的流动换热特性呈现出基本相同的规律。层流向紊流过渡区域的雷诺数(Re)为900Re1300,比常规通道提前,单相摩擦阻力系数比常规通道大;采用Dittus-Boelter公式的形式拟合得到了新的换热实验关联式,其系数较Dittus-Boelter公式的系数约小11.3%。在稳态条件下,紊流区换热系数随质量流速的增加而增大,增大趋势比较明显;换热系数随热流密度的变化不明显;压力对单相强迫对流换热特性基本没有影响。     

环形通道内液态金属钠流动换热特性实验研究

对液态金属钠在环形通道内的单相流动换热特性进行了实验研究。结合实验数据,将液态金属钠单相流动分为层流区(Re≤2 000)、过渡区(2 000Re≤4 000)及湍流区(Re4 000),分别拟合得到不同流态下摩擦系数的计算关系式,并拟合得到液态金属钠环形通道内换热特性的相应关系式。结果表明:液态金属钠单相流动特性与常规流体(如水)类似,其层流区摩擦系数略大于水,湍流区与水的很接近。液态金属钠对流换热过程中,导热项占较大份额,同时Nu随Pe的增大而略有增大。     

环形窄缝通道湍流流动换热特性分析

对双面加热环形窄缝通道内单相流动换热进行分析研究,提出了理论预测模型.基于该模型,对窄缝宽度分别为1.0、1.5、2.0 mm的环形通道单相湍流流动换热系数进行了理论计算,并与实验结果进行了对比,理论预测值与实验结果符合较好.研究表明:内外加热热流密度比对环形窄缝通道内的湍流流动换热过程有显著影响,在双面加热情况下,窄缝对流动换热过程强化与否,取决于内外管加热热流密度比及流动状态,即Re大小.     

迷宫和环形套管阻力系数研究

本文通过实验方法研究了环形套管和外迷宫结构的阻力特性,并与文献进行了比较,以期得到适合于大压差流道中使用的节流件结构形式和计算方法。 对于环形套管,我们在雷诺数Re=3×10~3—3×10~4范围内,D_内/D_外=0.831和0.985条件下进行了实验。实验证明,其摩阻系数可按布劳修斯公式进行计算,其误差在实验误差范围内,而与文献推荐的计算公式偏差较大。 对于外迷宫,是在雷诺数Re=5×10~3—4×10~4的范围内进行实验的。在迷宫间隙δ_0不变时,实验证明t/s≈0.25时,迷宫的阻力系数达到最大值,和文献[1]的结论一致;在t/s<0.25时,实验值与理论计算值吻合;而在t/s>0.25时,需要引入一个修正系数C。在迷宫的t/s保持一定的条件下,随着缝隙δ_0的增加,迷宫的阻力系数呈线性下降。 在本实验范围内,迷宫偏心对阻力系数的影响可以忽略不计。     

九棒束单相端流交混热态实验研究

为了模拟反应堆燃料元件棒束子通道间的湍流交混,进行了电加热九根棒束子通道间的单相湍流交混的热态实验。实验参数的范围是:p=0.3～1.4MPa,p/d=10.5/8=1.3125,Re=3×10~3～9×10~4:T_(i)=10～100℃,N=2～13kW。根据实验数据,得出了下列计算式: W_″/μ=0.0095Re~(0.97) 本实验结果与T.Vander Ros的结果非常接近。     

矩形窄缝通道内单相水流动特性研究

通过理论分析,得到了计算矩形窄缝通道单相层流摩阻系数的公式。对小高宽比矩形窄缝通道内的流动特性进行了实验研究,结果表明：矩形窄缝通道内单相摩阻系数随Re变化的曲线和圆管有相同的趋势,但圆管流动摩阻公式不适用于矩形窄缝通道。矩形通道内摩阻系数与Re和通道截面高宽比有关,通道高宽比越小,摩阻系数越大。实验结果和理论推导结论一致。从截面湿周和切向应力两方面解释了高宽比对矩形窄缝通道内单相水层流摩阻特性的影响机理。     

5×5棒束通道内压降特性实验与数值研究

分别以实验与数值模拟对5×5棒束通道压降特性进行了研究。在5×5棒束通道实验本体上开展了压降实验研究,雷诺数范围为2000～14000。获得了棒束通道内压降随雷诺数的变化关系,并在实验工况范围内拟合了摩擦阻力系数计算经验关系式,关系式对摩擦阻力系数的预测偏差在5%以内。在实验研究基础上,开展了棒束通道内压降数值研究。对于雷诺数低于2000的工况选取层流模型,雷诺数高于2000的工况选取标准k-ε模型、Realized k-ε模型、RNG k-ε模型与LPS-RSM等湍流模型,开展了棒束通道内流场数值模拟,并拟合了层流工况下高精度摩擦阻力系数计算关系式。数值模拟结果表明,雷诺数较高时,标准k-ε模型、Realizedk-ε模型、RNG k-ε模型与LPS-RSM等湍流模型均能较好地预测摩擦阻力特性。     

迷宫内水的流动阻力

六种小环形间隙的实验结果表明,光滑同心二重管内的流动摩阻系数λ仅是雷诺数 Re 的函数,实验值与半经验公式λ=0.321/Re~(0.25)基本一致。实验是在 Re=10~4-8×10~4范围内进行的.实验数据同国外有关公式和数据进行了比较。对不同节距 p,不同槽宽 B和不同间隙 S 的36个迷宫进行了实验研究,其中还包括了不等节距迷宫。给出了 S/B-λ 和 B/p-λ 的关系曲线。在 S/B(?)0.1-0.2,B/p(?)0.8时,迷宫具有最大的阻力系数。还研究了环形间隙的偏心和迷宫齿倒角问题。偏心及倒角都使流动阻力系数下降,流量增加。     

含绕丝棒束低流速时阻力特性的实验研究

钠冷快堆含绕丝棒束组件低流速时的摩擦阻力特性,是设计钠冷快堆非能动事故余热排出系统的重要参数。使用水作为测量介质,采用改进的液柱测压方法,准确测量了一个有机玻璃材质37棒绕丝棒束组件雷诺数Re=200～1 100时的摩擦阻力特性。结果表明,被测量组件从层流向湍流转捩的临界Re为370。组件的入口段长度随着流速的增加而增大,随着流动开始向湍流转变而减小。现有的绕丝棒束摩擦阻力系数经验公式中,UCTD公式与实验值最接近：在层流区,UCTD公式高估了约7%,在层流向湍流转换区,UCTD公式计算值与实验值基本一致。同时,UCTD和CTS公式还高估了组件从层流向湍流转捩的临界Re。     

二维孔隙结构内单相流动阻力特性数值模拟

利用计算流体力学(CFD)商业软件CFX 10.0,采用标准k-ε、RNG k-ε以及SST模型3种不同的湍流模型,对矩形管内球形颗粒作2维有序排列所形成的孔隙流道的等温单相流动进行数值模拟,并与Ergun关系式预计值进行对比;探讨球形颗粒的排列方式、直径等对单相流动阻力的影响;研究矩形管内单位长度压降及阻力系数随孔隙雷诺数Re的变化规律(1.5≤Re≤1497)。     

摇摆条件下矩形窄缝通道单相等温流动摩擦阻力特性研究

通过实验研究和数值计算相结合的方法研究摇摆条件下矩形窄缝通道单相等温流动摩擦阻力特性。研究发现:受摇摆附加惯性力的影响,流道内的微观流场出现变化,但在本实验参数范围内,流场的微观变化较小,摇摆对摩擦阻力特性的影响可以忽略,由流道静止状态获得的摩擦阻力系数计算公式在摇摆条件下仍然适用。     

小尺度环形通道流体阻力特性实验研究

为确定小尺度环形流道间隙尺寸对流体阻力特性的影响,以水为工质,分别在滞流区和湍流区对间隙为0.540～2.685 mm的水平环形通道单相流体摩擦阻力特性进行实验研究。结果表明,小尺度环形通道的流体阻力特性与理论分析有明显的差异。摩擦系数随环形流道间隙的减小而减小,且流态转捩点较常规尺寸提前。当环形通道间隙大于2.5 mm时流体的流动特性符合常规尺寸的特性。依据实验结果,给出了窄缝环形通道的流体阻力预测式。     

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。     

环形通道内液态金属钠沸腾两相流动特性实验研究

对环形通道内液态金属钠沸腾两相流动特性进行了实验研究。实验中质量流速G≤2 000kg·m-2·s-1,系统压力p≤0.1 MPa,热流密度q≤550kW·m-2。两相流动摩擦压降通过在相同质量流量的单相流动摩擦阻力系数的基础上引入两相摩擦倍增因子来考虑两相的影响。实验结果表明:环形通道内液态金属钠两相摩擦倍增因子随Martinelli参数的增大有减小趋势。综合本文实验数据、Lurie等的实验数据以及Kaiser等的棒束实验数据,拟合得到了计算液态金属钠沸腾两相流动摩擦倍增因子的关系式。计算了本文拟合得到的关系式与各组实验数据间的相对标准偏差(RSD),表明本文关系式适用于计算环形通道内液态金属钠沸腾两相流动特性。     

双侧加热环形窄缝通道内单相水的流动传热特性研究

对环形窄缝通道内单相水在双面处于不同的加热热流密度情况下的对流换热特性进行了数值计算.计算结果表明,环形通道内、外壁加热热流密度比值的不同,对环形通道内、外壁与单相水的对流换热特性有着显著的影响.内、外壁面加热热流密度比值较小时,内壁的换热强于外壁的换热,随着内壁加热热流密度的增大,外壁的换热得到增强.但是,当内、外壁加热热流密度比值增加到一定程度时,外壁的对流换热特性将超过内壁的对流换热特性,与文献报道的实验结果一致.此外,环缝间隙的减小将导致环形通道的换热性能下降.     

起伏振动下倾斜管内单相流流动阻力特性分析

起伏振动状态下单相流流动阻力的正确计算对漂浮核电站的安全性有显著影响。实验研究了不同起伏振动工况和流动工况对倾斜圆管通道内单相水摩擦压降的影响,提出了方便计算的振动摩擦阻力系数。结果表明,振动摩擦压降大于稳定状态的,并呈周期性波动,波动周期与振动频率一致。振动摩擦阻力系数平均值随雷诺数和倾角的增大而减小,随管径和振动频率的增大先增大后减小,随振幅的增大而增大。通过实验数据拟合得到起伏振动下倾斜管内单相水振动摩擦阻力系数计算经验关系式,计算结果与实验结果吻合较好,为起伏振动单相水流动阻力的计算提供了新思路。     

起伏振动下倾斜管内单相流流动阻力特性分析

起伏振动状态下单相流流动阻力的正确计算对漂浮核电站的安全性有显著影响。实验研究了不同起伏振动工况和流动工况对倾斜圆管通道内单相水摩擦压降的影响,提出了方便计算的振动摩擦阻力系数。结果表明,振动摩擦压降大于稳定状态的,并呈周期性波动,波动周期与振动频率一致。振动摩擦阻力系数平均值随雷诺数和倾角的增大而减小,随管径和振动频率的增大先增大后减小,随振幅的增大而增大。通过实验数据拟合得到起伏振动下倾斜管内单相水振动摩擦阻力系数计算经验关系式,计算结果与实验结果吻合较好,为起伏振动单相水流动阻力的计算提供了新思路。     

不同棒束结构稠密栅元通道内的湍流CFD研究

采用URANS（UnsteadyReynoldsAveragedNavierStokes）方法对不同棒束结构稠密栅元通道（P/D=1.001～1.2）内的湍流流动进行CFD模拟。研究分析了不同Re（Re=5000~215000）的湍流流动的主流速度、壁面剪应力、湍动能等参数。研究表明：在较稠密的棒束（P/D<1.1）通道内,P/D的变化对子通道内主流速度和剪应力分布均有较大影响。本文的模拟结果也验证了在达到临界P/D前（即使δ/D<0.011）,交混因子Y和δ/D成反比关系。对于固定的棒束结构（P/D=1.062）,当Re达到一定值（Re=9600）时,子通道内主流速度和剪应力分布对Re的变化不敏感。     

各类子通道单相湍流交混的实验研究

用化学示踪法测量了三角形排列元件组件内各类子通道间单相湍流交混的流率,得到了它们相应的关系式。实验包括:中央子通道四种壁距直径比P/d=1.20,1.33,1.38,1.505;壁区子通道四种壁距直径比δ_w/d=0.0556,0.098,0.172和0.256;子通道的雷诺数范围为(1～4)×10~4。实验结果表明:中央和壁区子通道间单相湍流交混流率是棒间距、子通道当量直径及雷诺素的函数,并随棒间距增加有明显增加。本文得到其关系式。实验结果和其他研究者的结果做了比较,发现比较符合。