摇摆对单相自然循环系统流动特性的影响分析

针对摇摆对加热段为窄矩形通道的自然循环系统单相流动特性的影响,开展了实验研究。为了进一步分析摇摆对流动特性的影响机理,采用自主开发的系统分析程序,对实验工况下的系统行为进行了数值模拟。结果表明:在实验参数范围内,角加速度幅值是摇摆影响质量流量的本征量。当热工参数相同时,角加速度的幅值越大,摇摆运动下的时均流量与静止时的流量比值越小。基于静止条件下的阻力关系式开发的程序,可以较好地模拟摇摆条件下单相自然循环流动特性。摇摆引起的流量波动是摇摆对单相自然循环流动阻力特性影响的主要机制。     

摇摆参数对自然循环系统混沌脉动影响分析

针对摇摆参数对自然循环系统中流量混沌脉动的影响,用非线性时序分析的方法对实验结果进行了分析研究.基于相空间重构理论,计算不同摇摆参数下时间序列的关联维(CD)、K2熵和最大Lyapunov指数(MLE)等几何不变量值,根据计算结果分析摇摆参数对自然循环系统混沌脉动的影响.分析结果表明:摇摆周期越短、摇摆振幅越大,混沌出现时的无量纲功率越大;摇摆周期对混沌脉动边界的影响大于摇摆振幅的影响;当摇摆周期为5 s时,由于摇摆引起的波谷型脉动与密度波型脉动频率相近而发生共振作用,流量脉动的混沌特征减弱.     

摇摆对单相强制循环层流阻力特性的影响

为揭示不同驱动压头下摇摆运动对单相流动特性的影响机理,对摇摆条件下矩形通道内单相水层流阻力特性进行了理论和实验研究.实验结果表明,摇摆条件下流量波动幅值随驱动压头增加而迅速减小,当驱动压头大于附加压降幅值的10～11倍时,流动最终趋于稳定.驱动压头较低时,摇摆条件下瞬时摩擦压降与流量存在相位差,且不能采用稳态关系式预测.驱动压头较高时,摇摆条件下瞬时摩擦压降不波动,可采用稳态关系式计算.通过分析速度分布,解释了不同驱动压头下摇摆运动对矩形通道内单相强迫循环摩擦阻力特性的影响机理.     

摇摆运动时窄矩形通道内两相流动阻力特性实验研究

摇摆运动作为一种典型的海洋条件,会对管内的气液两相流动过程产生较大影响.通过摇摆条件下空气-水在窄矩形通道内流动阻力特性的实验,研究摇摆运动对两相流动过程的影响.实验在常温常压条件下进行,通道尺寸为40 mm×1.6 mm,摇摆角度分别为10°、15°和30°,摇摆周期分别选为8、12、16 s.实验结果表明,摇摆条件下瞬态摩擦压降的变化具有明显的周期性,摇摆周期越小,摇摆振幅越大,即摇摆运动越剧烈,摩擦压降的波动幅度也越大;摩擦压降波动幅度随着含气率的增加而增加,随着流速的增加而减小.     

摇摆对单相强迫循环流量波动特性的影响机理

针对摇摆条件下的单相强迫循环流量瞬变特性开展流量波动影响机理研究。通过调节离心泵转速、阀门状态及摇摆参数分析驱动压头、回路阻力及附加压降对流量波动幅值的影响。通过建立摇摆条件下单相流量波动方程,系统地揭示摇摆运动的影响机理.结果表明,增加驱动压头和回路阻力使得相对流量波动幅值减小,增加附加压降使得相对流量波动幅值增大。当驱动压头大于附加压降幅值的10~11倍时,摇摆对单相强迫循环流量波动的影响可忽略。流量波动方程分析结果与流量波动实验结果有很好的一致性。     

周期力场下窄通道内汽泡滑移实验研究

为了探索海洋条件下的沸腾换热机理,完善海洋条件下两相流动模型,采用高速摄影设备对摇摆状态周期力场下矩形窄通道内的汽泡滑移进行了实验研究。实验结果表明,在摇摆运动的影响下,汽泡的滑移速度发生了周期性波动,波动的周期与摇摆运动周期基本一致;摇摆运动所引起的附加惯性力以及系统流量的波动对汽泡滑移速度波动影响不大,摇摆运动所引起的汽泡直径变化是影响汽泡滑移速度波动的主要原因。     

起伏强度和周期对自然循环流动特性的影响

为了研究起伏运动对自然循环流动特性的影响,针对以5 MW低温核供热堆(NHR)为基础建立的自然循环试验回路,自行开发计算程序研究起伏强度和周期对自然循环流动波动、加热段出口过冷度以及换热器二次侧出口过冷度的影响。建立数学模型,坐标系固定于试验本体上,采用流体相对速度,将起伏条件下自然循环问题转化为非惯性参考系问题,考虑起伏运动引入附加力对自然循环的影响,在重力g的前面乘一个随时间变化的系数(1-k·sin(ωdt))。计算结果表明:起伏强度k越大,流量和温度波动越大;起伏周期T越大,流量波动越大且呈现出明显的非线性波动,大周期的起伏运动可能造成加热段出口出现饱和甚至沸腾的情况。对起伏运动影响自然循环机理的分析表明:起伏引入的附加作用力和重力一起构成一个交变力场,在有密度差的情况下形成自然循环驱动力,从而引起自然循环流动。     

摇摆条件下窄通道内单相水流态转捩特性

矩形窄通道广泛应用于紧凑式换热器中,其内单相流动流态转捩特性会受到摇摆运动的影响.结合流迹显示技术,对摇摆条件下矩形窄通道内单相水从层流向湍流转变临界点附近的流动特性进行了实验研究.结果表明稳态条件下临界Re为2 550左右.摇摆条件下当Re小于2 400时,流态显示为稳定的层流,Re大于3 500时,流态为湍流,摇摆对稳定的层流区和湍流区流态没有影响;Re为2400～3 500之间时流动处于过渡区,摇摆对其流态转变有一定影响.在临界点附近摇摆振幅越大,流态转捩越容易发生;摇摆周期对流态转捩影响很小.摇摆运动改变系统重位压降及产生附加压降,从而对流态转捩的影响不可忽视.     

摇摆条件对反应堆及破口时水力学特性的影响

传统的热工水力系统程序难以对海上反应堆进行模拟计算和安全分析。通过在动量方程中增加附加力模型,并基于摇摆对系统各控制体的影响,修改了程序模型坐标,实现了程序的二次开发;对二环路小堆进行简化设计和建模,并分析了摇摆振幅和周期对海洋小堆水力学特性的影响。对两种尺寸破口事故进行了摇摆时的模拟和分析,结果显示,摇摆会造成流量周期性变化且有相位差,破口时摇摆带来的周期附加力会对原流量进行补偿或叠加。     

单相-两相自然循环过渡点的实验研究

针对闭合回路自然循环单相一两相流动的过渡特性进行实验研究,结果表明自然循环流动由单相向两相过渡过程中,流量随入口温度的变化曲线存在明显的拐点,经理论分析,运用Levy模型和Saha-Zuber模型验证,证实拐点为自然循环过冷沸腾净蒸汽产生点,即单相和两相的过渡点;过渡点两侧自然循环流动的流量与入口温度呈不同的线性关系,体现了单相和两相流动的差异,净蒸汽的产生大幅度提高自然循环能力。     

Calculation of natural circulation under heaving motion

Wide validation of self-developed program of natural circulation under oceanic conditions has been conducted compared with experimental data of inclination,zero-power condition and hot-state condition.Experiments were performed on a full-scale,whole parameterization natural circulation loop designed with reference to 5 MW experimental low temperature nuclear heating reactor(NHR)of Tsinghua University.Investigation of natural circulation and parameter effect under heaving motion was carried out using the program and comparison of heaving,inclination and rolling on natural circulation respectively to reveal the influence mechanism.Results indicate that:(1)significant influence of heaving motion on natural circulation was observed,and heaving motion with high level of strength and long cycle would lead to severe flow fluctuation;(2)slight effect was caused by short cycle heaving motion which was completely different from long cycle heaving motion;(3)comprehensive action of alternating force and flow density distribution would result in natural circulation under heaving motion;(4)most severe accidents maybe result from the long cycle heaving motion rather than inclination and rolling motion.Investigation of influence of heaving motion on natural circulation could have important reference significance in the optimization design of nuclear reactors.     

超空泡航行体转弯运动多相流场特性

为研究超空泡航行体转弯运动过程中多相流特性的变化规律,基于有限体积法和VOF多相流模型求解RANS方程,并结合动网格技术,对超空泡航行体转弯运动过程进行了非定常数值模拟研究.通过将数值模拟结果与基于Logvinovich独立膨胀原理的计算结果进行对比,验证了数值模拟方法的有效性.利用数值模拟方法分析了航行体模型的转动中心对航行体转弯运动过程中空泡形态演化过程的影响,并且研究了转弯运动的轨迹半径对航行体流体动力的影响.结果表明:采用动态网格的数值模拟方法可以更好地对超空泡航行体转弯运动的空泡形态进行仿真,航行体的转动中心对航行体的转弯半径内侧还是外侧表面先出现沾湿区域有重要影响;航行体的流域环境在重力和惯性力的共同作用下使得超空泡尾部形态呈倾斜的双涡管分布;转弯运动过程中,航行体表面刚出现沾湿区域的时候,航行体流体动力会出现一个小幅度波动,随着沾湿区面积的增加,流体动力逐渐趋于平稳,转弯运动的轨迹半径对航行体流体动力有重要影响,转弯半径越小,影响越大.     

摇摆情况下水的自然循环临界热流密度实验研究

介绍了在常压回路上进行的竖直环形通道内向上流动水在自然循环时的临界热流密度实验情况。对１．００ｍ长单管进行了摇摆和不摇摆的实验。分析了摇摆和不摇摆情况下自然循环ＣＨＦ变化的规律和原因。     

低热值燃气往复多孔介质燃烧特性

为了研究低热值预混燃气（当量比<0.4）在往复式多孔介质燃烧器中的燃烧特性,建立两端布置蓄热段的往复多孔介质燃烧试验台,研究温度波动、轴向温度分布及燃烧极限的特性.结果表明,低热值预混燃气温度波动特性与火焰面位置有直接关系,两端布置蓄热段能够减小泡沫陶瓷多孔介质温度波动幅度.随着当量比的降低,轴向温度分布形状从“马鞍形”、“梯形”、“椭圆形”,变化到系统达到燃烧极限时形成的“三角形”分布.加入蓄热小球使高温段平均温度升高、排烟温度降低.燃烧极限与系统半周期、空截面流速及热负荷密切相关.系统能够达到的最低燃烧当量比为0.1.     

变孔径颗粒分布板的颗粒分布性能实验研究

设计了一种用于液固循环流化床换热装置的变孔径颗粒分布板,在具有18根换热管的实验装置上,利用自行研制的CCD图像采集系统对安装该分布板的颗粒分布性能进行了测试,考察了颗粒体积分率、循环流量等对颗粒分布性能的影响.实验结果表明:在流化床的进口段管箱内安装变孔径分布板时,随着固体颗粒体积分率的增加,颗粒浓度径向分布明显趋于均匀;在同一分布板安装高度下,大流量更易于实现颗粒的均匀分布,并且使得颗粒流速在床层截面的径向分布较为均匀.结果证明变孔径颗粒分布板的颗粒分布性能优良,为液固循环流化床换热装置的工程设计提供了参考.     

可坍陷管位移振荡的稳定性问题

可坍陷管中,当管流速度幅值超过临界速度时,会产生失稳和位移振荡。本文的分析表明,临界速度本身随管流还有一个相应的波动变化,波动周期与来流脉动周期相同,波动的幅度与管流速度的大小和频率的乘积成正相关。临界速度的这种波动变化会改变系统的稳定性。     

旋转式磁流变阻尼器用于卷料张力模糊控制

为减小收、放卷料时的张力波动,提出用一种新型旋转式磁流变阻尼器作为控制元件的解决方案.确定了该阻尼器的结构,建立了阻尼器的阻尼力矩模型.模型仿真表明:阻尼力矩随电流增大呈指数规律增加,电流较小时近似为线性关系,而在电流大于5A时饱和;阻尼力矩与转轴角速度成正比.提出采用模糊逻辑方法对阻尼器的阻尼力矩进行控制,从而控制张力波动.确定了相应的模糊输入和输出变量,得出模糊控制规则.仿真结果表明:旋转式磁流变阻尼器应用于张力的模糊控制,能够降低张力波动的幅值.