鼓泡流化床埋管磨损量及其分布的数值研究

本文采用离散颗粒单元法对流化床内颗粒运动及其与固定埋管受热面的相互作用进行颗粒直接数值模拟,其中颗粒之间的碰撞采用Tsuji等提出的软球碰撞模型处理,而流场的计算采用大涡模拟,其亚网格应力为Smagorinsky涡黏性模型,流动工况为两维鼓泡流化床。磨损量的估计是基于祝京旭等人的埋管磨损试验研究的结论,并结合本文数值模拟的结果,揭示了流化床埋管磨损量及其分布的若干规律。

HTR-10堆芯球流运动的唯象学DEM模拟

清华大学研发的lOMW高温气冷堆（HTR10）是国际上重要的先进实验反应堆，球流运动的研究具有基础性地位。通过唯象的方法对HTR10堆芯的球流运动进行了离散元数值模拟，通过已由实验验证的计算程序，采用与HTR-10堆芯1：1的计算模型，计算了27000个元件单元的运动，包括不同摩擦系数厂和不同底部锥角A下的球流运动。结果表明：在HTR-10堆芯设计条件下，球流运动较均匀，堆芯底部不存在滞留区；f越大或A越大，堆芯球流越均匀，表现出更好的整体性向下运动；当厂达到0．8上限时，HTR-10堆芯球流依然保持了整体性运动，底部无任何被滞留的球。本工作对进一步优化球床式高温气冷堆堆芯设计具有重要意义。

球床式高温气冷堆球流及球床辐射的理论与实验研究进展

球床堆芯的球流及等效导热系数是直接影响球床式高温气冷堆设计、运行和安全的重要依据,具有重要的意义。清华大学核能与新能源技术研究院近年对球流和球床等效导热系数进行了实验测量、理论研究和数值模拟,全面深入地揭示了球流规律、球流纺及径向内扩散规律、球床几何优化、物性参数影响、球流流态表征及刻画、球床等效导热系数建模等。本文对此进行了回顾总结,并指出了下一步的研究方向。

转速对三维滚筒内颗粒混合特性的影响

借助开源软件OpenFOAM中的离散元方法软球模型,分别模拟5种典型转速下三维滚筒内的碳球颗粒混合过程。分析研究滚筒内颗粒流态随时间的演化过程,展示不同颗粒流态下的颗粒混合结构特性。借助信息熵和新的混合指数,即差值函数,定量地研究滚筒转速对颗粒混合特性的影响。

压水堆破口失水事故喷放阶段综述

该文综述了压水堆破口事故发生后冷却剂(水)最先经历的喷放阶段相关研究,系统地介绍了破口失水事故的分类以及最危险的破口失水事故,分析了不同尺寸破口事故喷放阶段的物理过程。按照不同的空泡份额将喷放阶段科学划分为不同区域,归纳了各不同阶段最为适用的理论经典模型,指出了各现有喷放理论模型相应的局限性,提出针对性意见,总结破口失水事故喷放阶段研究中亟待解决的关键问题,汇总了临界热流密度和闪蒸等重要物理现象的国内外重要与最新的研究结果。该文对喷放阶段后续的深入理论研究具有借鉴与启发意义,为实际破口事故中确保压水堆的安全提供了理论指导。

临界热流密度实验技术研究进展

临界热流密度(CHF)是反应堆重要的限制性热工水力参数之一,它的大小直接影响了反应堆的安全性和经济性。由于CHF涉及沸腾、两相流等复杂的物理现象,因此通常采用实验的方式来获取。该文介绍了国内外临界热流密度相关的机理性实验和工程性实验研究工作,总结了实验技术相关方面的特点,可为反应堆热工水力学中CHF相关的实验研究提供技术参考。

球团流与球流在球床内的混合卸料特性研究

为更好地了解球床中球团与单球的双组分体系的流动特性,本文采用离散单元法模拟分析了球床中球团与单球二元混合颗粒材料的卸料特性。球团由3个粘接的单球通过刚性bond组合而成,形成60°、90°、120°和180°夹角。不同数量占比的球团和单球从球床底部的卸料口混合卸出,定量分析了球团组合夹角和球团数量占比对球床双组分混合球流流动特性的影响。研究结果表明,球团的存在会降低卸料速率,定量分析该降低程度与球团的粘接夹角及球团数量占比的关系后,发现卸料速率与二者均存在一定负相关性,即卸料速率随球团夹角及球团数量占比的增加而减小。

螺旋直径对螺旋管泡状流截面分布特性的影响

研究了不同螺旋直径螺旋管中泡状流的相界面参数(空泡份额、相界面浓度、气泡尺寸等)的截面分布特性。通过图像法标定了电导探针的测试精度,并通过合理地处理双头电导探针,得到了螺旋管中泡状流的空泡份额、相界面浓度和气泡数量频率的定量分布云图。为进一步量化地描述相界面参数的分布特征,采用统计方法定义了截面平均参数、相界面离散系数和气泡平均聚集坐标来表征其特性。实验结果表明,随着管道旋转直径的增大,气泡截面平均空泡份额有所下降,分布范围缩小,平均聚集坐标向上方和外侧移动,气泡尺寸整体上有所下降。

气流粉碎系统的低速高精度刮板式给料器设计

针对现有给料器在低运量下精度受限的问题,依托气流粉碎系统,基于颗粒运动受力分析和刮板迷宫结构几何构造,设计开发了低速高精度刮板式给料器。该给料器的刮板型线设计为阿基米德螺线,确保了颗粒在刮板各处的均匀受力,解决了直线刮板的质量流率不均匀问题。以150μm粒径的石墨颗粒为研究对象,开展不同刮板高度和转速下的给料器性能测试,结果表明该刮板式给料器在1~60 g/h给料范围内具有良好的精度和给料线性度,给料性能满足气流粉碎系统的需求,具有较高的实用性。

入口涡结构对文丘里流量计测量虚高影响

文丘里流量计作为核电厂二回路主给水系统(ARE)的流量监测设备,对给水流量的准确测量至关重要。在ARE系统大小阀切换期间,文丘里流量测量值可能存在波动和虚高现象,影响反应堆正常运行。该文基于计算流体力学方法,对简化的管路结构和实际的安装误差进行建模,分析了文丘里管入口涡因素对流量虚高的影响。结果表明入口涡旋会在文丘里管喉部增速导致测量差压增加,而ARE大小阀切换期间,支管处的周向速度分布会放大该效应;另外,当主管阀门开度逐渐增加时,能抑制支管射流引致的单体涡强度,降低流量测量虚高误差。

非球形颗粒碰撞过程硬颗粒与软颗粒模型比较研究

在能源化工过程、矿业冶金及安全生产过程中均会涉及复杂的实际非球形颗粒体系,而颗粒的非球形碰撞动力学过程是对复杂颗粒体系进行研究必须要考虑的基本问题。离散元方法通过弹簧、阻尼、摩擦三种力学特性对颗粒-颗粒接触力进行建模,是目前国际上最为广泛使用的针对球形颗粒体系的模型。本文对典型三角形非球形碰撞动力学工程过程进行理论分析和模型比较研究,对国际上目前正在研究的硬颗粒和软颗粒非球形碰撞模型进行了比较。通过模型比较,证明了在工程上可以接受的计算误差范围内,软颗粒和硬颗粒计算结果吻合较好,两者在计算精度、稳定性、适用性方面各有优势,可以在不同的应用场合分别采用不同的计算模型。

球床堆壁面结构效应的模拟研究

高温气冷球床堆的球床内壁附近,燃料球由于随机运动会形成附着于壁面的规则堆积,即球流结晶现象。燃料球的结晶化会导致球床堆内滞留区增大,流场均匀性恶化,影响高温堆的运行安全和效率。实际高温堆中,通过在球床内表面设置壁面结构来减小发生结晶的概率。文章通过DEM方法模拟了壁面结构防止结晶的作用,定义球流流场特征数进一步研究了壁面结构效应,并对不同壁面结构的效果进行比较,为工程中壁面结构设计提供方法。

广元低碳自行车跑得欢

广元市启动城区便民公共自行车交通系统建设工作。自2010年8月27日投入使用以来,已办理公共自行车智能卡2200余张,市民骑行累计6.5万人次,平均每天约1000人次。

基于LB方法的管内流动沸腾传热模拟

为研究竖直管内流动沸腾的传热情况及气泡行为学,采用格子玻尔兹曼(LB)方法,利用改进后的伪势模型和热模型分别模拟流动和传热过程。为验证模型的合理性,对模拟结果与经验关系式进行了定量对比。之后对气泡行为对沸腾传热系数的影响进行了研究,结果表明,随着气泡的核化、生长、滑移和脱离,传热系数呈现周期性波动。最后考察了重力加速度对气泡行为和沸腾传热的影响,重力越大,气泡生长周期越短,沸腾传热系数越大。

强旋流中颗粒运动特性的直接数值模拟

本文采用直接数值模拟计算了Re=669，S=1．42强旋流中的颗粒运动特性。计算的部分流动条件依照Sommerfeld＆Qiu的实验条件进行模化。模拟的结果揭示了旋流近场的颗粒运动的浓度，速度的时均量和脉动值的统计分布特性。

球床中传热与流动数值模拟研究

针对球床中气固两相传热与流动过程,建立了考虑Forchheimer阻力以及孔隙率分布的多孔介质计算模型。计算表明,Da固定时,随着Ra的增加Nuavg随之显著上升。有效热导率是球床的重要参数,改进后的ZBS模型与实验结果一致,在高温堆正常运行工况下(≈900℃)辐射传热起主导作用。随着球床加热功率的升高以及气体压力的降低,气体流动传热强度逐渐降低。

高温球床辐射换热机理研究

以角系数为切入点研究球床辐射换热机理,在球坐标系下推导出2个单位球之间角系数的解析表达式。对于角系数的数值计算,蒙特卡洛法可以达到很高的计算精度,适合用于大规模并行计算。在球床中由于颗粒球之间的相互阻挡,在球心距超过2倍球径时2个球之间的角系数近似衰减为零。利用voronoi单元体对球床进行空间局部划分,在体心立方（BCC）、面心立方（FCC）和随机堆积中近似认为所有存在辐射关系的颗粒球均在2层Voronoi单元球内,颗粒球数量为60~80个。在可接受的范围内忽略了大量辐射关系极弱的颗粒球,大幅度简化了球床辐射计算模型。

石墨烯强化沸腾传热研究进展及应用综述

石墨烯作为一种21世纪初发现的新材料,因其在多个领域拥有优异的性能,成为目前的研究热点之一。该文结合国内外相关文献,综述了目前石墨烯材料在强化沸腾换热领域的研究进展,重点介绍了石墨烯流体和石墨烯涂层相关的研究。目前的研究主要分为2类:石墨烯作为纳米颗粒强化基液的换热以及石墨烯作为附着层强化基材的换热。关于石墨烯是否有强化的能力及其强化程度的大小,研究结果总体上是正向的。该研究为后续石墨烯强化换热的相关研究提供借鉴。

标志球法1m和2m本体二维球流运动特性分析与比较

为研究球床高度对球流运动特性的影响,根据相似准则的原理建立高温气冷堆二维堆芯的球流运动试验系统,利用标志球的实验方法对球流运动规律进行研究。对1 m和2 m本体球流运动的均值流线、内部流场、标志球的平均滞留时间,以及交混区的球流的分布特征和分布区域等进行比较分析。结果表明:二维流动均值流线是光滑对称的流线型,球床边缘和中心的流动相差很大,球床下部的流动不均匀性比上部不均匀性大;增大装球高度球流可以达到更大的分散程度。验证交混区球的高斯分布;标志球的运动区域具有两头小中间大的特点;2 m本体的球床下部的流动均匀性优于1 m本体。

第三代涡识别方法及其应用综述

根据Liu等的划分,涡识别方法的发展可以分为三代。第一代方法基于涡量,并将Cauchy-Stokes分解得到的速度梯度张量反对称部分(涡量张量)视为旋转。然而众多研究人员已发现涡量与涡的关联性并不是很高。为了克服第一代方法的缺陷,以Q、l2、D和lci等方法为代表的第二代涡识别方法应运而生。但是第二代方法在实际使用中依赖于与具体算例相关的阈值并且会被剪切影响。为了解决阈值问题,2016年发展起来的Ω方法将涡定为涡量大于变形的联通区域并以相对值表示。而2017年和2018年发展起来的Liutex向量则提供了一个系统化数学化的流体局部刚体转动定义,包括局部旋转轴和转动强度,Ω方法,Liutex向量及一系列有关方法被定义为第三代涡识别方法。该文回顾了三代涡识别方法的发展历程,系统讨论了如何精确地从流体运动中分解得到刚性旋转部分,重点介绍由美国德州大学阿灵顿分校刘超群教授及其团队主导的第三代涡识别方法所取得的突破及其应用。主要突破包括:①Ω涡识别方法克服了传统涡识别方法需要针对具体流动调整阈值的问题,并能同时捕捉到强涡和弱涡;②基于Liutex的思想,能够严格获得流体运动的局部刚性旋转部分,包括标量、矢量和张量形式;③第三代方法能够合理地回答涡的六大要素问题,即涡的绝对强度、相对强度、当地旋转轴、涡核中心、涡核大小和涡边界,而前两代方法则无法处理。该文详细介绍了第三代方法的六个具体应用,其结果表明:①在涡识别方面,第三代方法大大优于前两代方法;②第三代方法不仅是涡识别和显示的后处理方法,而且是精确表示涡的物理量;③第三代方法能够定量化地表示涡的特性(六大要素)。Liutex作为一个新生的物理量,有方向有大小。Liutex的方向就是当地涡线和涡强度(此处区别于第一代涡量线和涡量强度的定义)等值面法线的方向,其大小准确代表当地旋转角速度(涡的绝对强度),且在当地非零Liutex方向上仅有瞬时的拉压形变,流体旋转均发生在与Liutex方向垂直的平面内。在等值面缩小变为一条线的地方,它就是涡核中心。它唯一代表涡核,唯一代表湍流的涡结构,与阈值完全无关。更重要的是它准确代表一个力,代表湍流产生的原动力,直接影响湍流生成。Liutex和其他第三代涡识别方法的发现代表湍流研究的一个崭新时代的来临,它开启了湍流研究的新纪元。