窄矩形通道两相流动沸腾压降特性实验研究

实验研究了横向均匀和非均匀(多项式和正弦分布)加热条件下垂直矩形通道(2 mm×60 mm×1000 mm)的沸腾压降特性,实验段为双面加热,有效加热面尺寸为56 mm×700 mm。工作流体为去离子水,通过改变入口压力和流量边界开展不同参数工况下的实验研究。结果表明,两相压降梯度随饱和压力的增加而减小,随质量流速的增加而增大,含气率对两相压降的影响与质量流速有关,横向功率分布形式对流动沸腾压降也有重要影响。基于均匀加热实验数据对现有的两相压降预测模型进行了评价,发现使用等效黏度假设的均相模型极大低估了实验值,且预测结果的分散度较大;分相模型中Müller-Steinhagen和Heck、Li和Wu关系式预测效果最好,平均绝对误差分别为11.8%和12.3%,且大多数预测值在±20%误差带内。本文基于Müller-Steinhagen和Heck关系式形式引入邦德数Bo考虑表面张力的影响,拟合得到新的预测关系式,该关系式对实验数据的预测误差在±8%的误差范围内。

干涸型临界热流密度机理模型开发与科学验证

文章开发了一种干涸型临界热流密度机理模型,以亥姆霍兹相界面稳定性作为Dryout型CHF发生的判据,并以此推导出了CHF发生时的汽相速度表达式。根据液膜厚度求得的CHF值应与根据亥姆霍兹临界稳定时求得的CHF值相同,因此引入了液膜厚度计算的经验关系式,并以此与亥姆霍兹临界稳定时对应的汽相速度进行迭代计算获得收敛的CHF值。该模型计算速度快,且通过改变液膜计算公式及触发Dryout现象时的汽相速度表达式,可应用于不同的研究对象和工况范围,可移植性较强。通过与文献中已有实验数据对比验证,该模型在宽参数范围内的平均误差为30%,充分证明了该模型的正确性。

环状流三流体临界热流密度计算模型开发与科学验证

文章开发了一种环状流三流体临界热流密度计算模型,分别对液膜、液滴和汽相建立基本的守恒方程,采用空泡份额、相间摩擦、壁面摩擦、夹带沉积等本构模型对守恒方程进行补充。采用有限差分法对环状流三流体模型进行离散和数值求解。在宽广的热工参数范围内,模型的计算结果大部分误差在30%以内,证明了该模型的正确性。

基于子通道思想的液态金属堆盒间流模拟方法研究

为探究液态金属堆盒内-盒间冷却剂共轭传热效应,运用子通道思想为盒间特殊结构提供新的模拟手段。基于稳定高效的压力耦合方程组的半隐式方法(SIMPLE算法)求解盒间子通道模型,解决了经典子通道算法在面对低流量、倒流和回流现象上难以收敛的问题。以3组件钠工质实验(CCTL-CFR)为对象,通过组件盒内、盒间冷却剂以及壁面温度的对比,验证了盒间子通道模拟方法的可靠性。针对典型液态金属堆,开展全堆芯热工分析,发现盒间流在展平堆芯径向温度分布、降低温度峰值等方面起重要作用,证明了堆芯热工分析考虑盒间流的必要性。本研究成果为液态金属堆堆芯热工及安全分析提供了可行的分析方法。