蚀刻后折角圆弧对折线微通道内流动换热特性的影响分析

应用实验测量结合数值模拟的方法研究了蚀刻后折角圆弧对折线微通道内流动换热特性的影响。实验测量结果表明,化学蚀刻过程中的侧蚀现象必然导致折线流道折角处产生圆弧过渡,且圆弧半径随流道倾角的增加呈幂函数衰减。数值模拟结果表明：扰流角处圆弧过渡将显著顺滑流动而不显著地降低换热,45°流道倾角时,折角处圆弧过渡可使单位长度压降减小约91.9%,Nu最大将减小12.5%;当流道倾角<45°时,导流角弧度半径影响较小,建立流道模型时可设定导流角弧度半径等于扰流角弧度半径以简化模型;折角处圆弧过渡的复合折线流道形式是折线微流道结构优化的重要方向,且流道倾角越大优化效果越明显。     

热管冷却反应堆核热力耦合研究

热管冷却反应堆（简称“热管堆”）高温运行下的结构热膨胀效应会显著影响反应堆的传热和中子物理输运过程。本文提出了一种考虑固体堆芯显著膨胀的几何更新和反应性反馈方法,并构建了基于动态几何的中子物理/热工/力学3场核热力耦合分析程序。在核热力耦合中主要考虑温度引起微观截面的变化、材料密度的变化以及热膨胀引起堆芯尺寸的变化。基于提出的核热力耦合方法,对MegaPower热管堆进行了核热力耦合分析,分析了不同松弛因子下,堆芯功率分布和径向功率因子的收敛性。核热力计算表明,热膨胀造成堆芯边通道的中子泄漏增加,从而产生负反应性反馈;同时,边通道中子泄漏增加加剧了功率分布的不均匀性,传热恶化,考虑核热力耦合后,径向功率因子从非耦合情形的1.20提升到1.23,燃料峰值温度增加11 K。      

超临界流体物性畸变特性的多尺度研究

为填补超临界流体物性畸变特性的理论空白,本文分别从微观尺度的分子动力学模拟、介观尺度的平均场理论和标度理论及宏观尺度的物性测量实验等方面展开研究。应用分子动力学模拟方法得到了跨越拟临界点时二氧化碳体系的微观结构特性,通过分析双体分布函数等结构参数的变化规律得到了物性畸变的分子动力学机理。基于朗道二级相变理论和标度理论,提出了一种考虑外场的气液相变模型,定量预测了超临界流体在拟临界区附近和趋于临界点时密度、定压比热等热力学量的畸变规律。在宏观尺度方面,本文开展了超临界二氧化碳密度、定压比热、黏度的高精度测量实验,指出了现有物性计算模型的潜在缺陷。研究结果表明,对于不同的超临界流体,临界点和拟临界区附近的物性畸变特性存在普适规律。在相图上,超临界流体区可进一步划分为4个区域：临界点邻域、类气区、类液区和拟临界区。不同区域内,超临界流体特性由不同尺度下的影响机制所主导。     

超临界二氧化碳喷射器结构设计与性能研究

在不额外消耗机械功的条件下，为了尽可能消除超临界二氧化碳涡轮系统中产生的泄漏气体对循环稳定性的负面影响，本文基于等压混合理论和双壅塞临界状态设计了可将泄露气体加压输送回循环的喷射器结构，使用计算流体力学软件Fluent对该模型进行数值模拟，分析喷射器的性能，探究尺寸参数对喷射器性能的影响。结果表明，四级串联的喷射器能依次将0.5 MPa泄漏气体加压至2.0、4.4、6.0、8.0 MPa，实现泄漏气体的回收利用；喷射器背压小于临界压力时，引射比不受背压影响，喷射器背压大于临界压力时，引射比随背压的增大而急剧减小；引射比随入口截面的减小而增大，随喷嘴收缩角的增大先增大后减小，在收缩角为20°时，引射比达到最大。