不凝结气体对蒸汽喷射器性能影响的数值模拟

以空气作为掺混在蒸汽中的不凝结气体,基于Fluent对蒸汽喷射器内蒸汽和过冷水的直接接触凝结现象进行了CFD数值模拟。研究发现:随着空气质量分数的增加,混合段内的轴向压力升高,凝结冲击的位置向出口方向移动,凝结冲击的强度降低,蒸汽对过冷水的引射作用减弱;蒸汽入口压力增大,混合段和扩压段内的轴向压力降低,对过冷水的引射作用增强。

含有不可凝结气体的蒸汽壁面冷凝的数值模拟

根据工程上广泛应用的经验性Uchida关联式,通过基于有限体积法的流场分析软件CFX的数值计算,对垂直管道中含有不可凝结气体的蒸汽冷凝进行模拟.结果表明,经验性Uchida关联式的计算结果可直观并且准确地反映与实际相符的流场温度变化趋势和组分浓度变化.该数值模拟方法对于研究小尺寸且几何形状简单的物理模型内不可凝结气体的积聚情况具有指导意义.

润滑油中不凝结气体对滑动轴承间隙流场特性影响研究

油润滑滑动轴承是大型旋转机械中承担转子动静载荷的重要部件,在间隙内动压与空化效应并存,形成复杂的气液两相流场,其特性直接影响轴承宏观性能及设备安全稳定运行。在现场工作条件下,润滑油通常含有一定量的不凝结气体(Non-condensable gas,NCG),不仅会使油品物性参数偏离标称性能,也会参与气液两相间的传质过程。基于轴承间隙内润滑油的流动特点,提出了流场中存在动压-空化耦合关系,并结合气液混合相模型及全空化模型对间隙内三维流场进行数值求解。结果表明:在NCG的影响下,流场特性的演化具有阶段性,在不同的NCG质量分数区间内流场特性表现不同;最大压力、最大气体体积分数及承载力的幅值随NCG质量分数的变化是非单调的,存在有最大值;压力场、相态场的分布面积、位置及承载力的方向随NCG质量分数变化而发生偏移。

具有不凝结气体存在的凝结换热研究

介绍了不凝结气体对凝结换热的影响,提出了在自行复叠制冷系统中消除不凝结气体对凝结换热的影响的一种新方法,然后进行了有不凝性气体存在时的换热系数的计算及相关的试验研究。试验结果证明了新的方法使得自行复叠制冷系统中有不凝性气体存在时的凝结换热大大加强,换热系数已经接近或达到纯工质在相同状况下的换热系数。

考虑不可凝结气体的空化流模型及数值模拟

以均相流假设为基础建立了一种基于输运方程的空化流模型,该模型在质量传输方程中不仅考虑了蒸发和凝结的机理,而且考虑了不可凝结气体的影响.采用RNG k-ε湍流模型,并引入与混合密度相关的修正函数对湍流涡黏性系数进行修正.应用文中的空化流模型,对NA-CA66翼型进行了定常空化流动数值模拟,翼型吸力面的压力系数分布曲线与试验结果吻合很好.在此基础上,进一步研究了模型中不可凝结气体质量分数以及不同进口湍动能和湍流耗散率对空泡形成和发展的影响,确定了模型中不可凝结气体质量分数、进口湍动能和湍流耗散率的合理取值.应用空化流模型对非定常空化流动进行了数值模拟,数值模拟结果清晰地反映了翼型表面空化云的初生、成长、脱落和溃灭的全过程,并指出反向射流是引起空化云脱落的重要原因.非定常计算得到的斯特劳哈数与试验相吻合,进一步验证了该模型在空化流数值计算中的可靠性.

直接空冷凝汽器扁平管含不凝结气体的凝结换热

为深入了解直接空冷火电机组凝汽器的冬季运行特性,针对含有不凝结气体的扁平管内蒸汽顺流凝结传热过程,考虑了汽液两相流动的相界面剪切应力、相界面表面张力,以及相界面的扩散传质,建立了物理数学模型。改变扁平管出口不凝结气体的浓度、改变冷却能力,通过对数学模型的数值求解,得到冬季运行不同工况条件下,凝结温度和液膜厚度的空间分布。研究结果表明:在凝结过程的末端,出口不凝结气体含量对蒸汽冷凝温度的降低有显著的影响;可将出口不凝结气体含量作为直接空冷凝汽器提高防冻能力的重要控制变量。研究结果为直接空冷火电机组凝汽器防冻问题的解决提供了理论参考。

核供热堆不凝结气体排放份额试验研究

叙述了核供热堆上空腔不凝结气体在发生排放事故工况下排放特性的试验研究。试验模拟了核供热堆排放工况的主要参数，着重研究了在排放过程中的氮气排放份额，及氮气对排放背压的影响。本试验是在５ＭＷ核供热堆热工水力学试验回路（ＨＲＴＬ５）和排放回路上进行的，系统压力为１．５ＭＰａ，初始氮气分压为０．３４ＭＰａ。采用静态校验法，成功地获得了氮气的排放份额。这些试验数据为核供热堆的安全分析提供了重要的试验数据。

不凝结气体对蒸汽浸没射流压力振荡的影响

通过实验研究不凝结气体(空气)对蒸汽浸没射流压力振荡特性的影响。结果表明:不凝结气体存在时压力振荡强度比纯蒸汽浸没射流时明显减小。随空气质量分数的增加,压力振荡峰值的位置沿轴向后移。过冷水温低于45℃时,峰值随空气质量分数的增加而增大;高于50℃时,随空气质量分数的增加而减小;水温在45~50℃之间时,峰值大致相同。压力振荡主频随空气质量分数、蒸汽质量流率和过冷水温度的增加而减小。

凝汽器内不凝结气体对汽相流动与传热性能的影响

采用多孔介质物理概念对1台双流程凝汽器的汽相流动与传热进行了数值计算与分析。结果表明:在该冷凝器中存在着严重的不凝结性气体积聚现象,从而导致了流动与传热特性的恶化。对此提出了改进方案,即将抽气口处的挡板开口,从而将积聚的不凝结气体引出,通过数值计算证实该措施有效。

不凝结气体对蒸汽浸没射流压力振荡强度的影响

对含不凝结气体(空气)的蒸汽浸没射流压力振荡特性进行了实验研究。研究发现,含有少量不凝结气体时,蒸汽浸没射流凝结形态发生显著变化。含不凝结气体的压力振荡强度较纯蒸汽时明显变小,但含有少量不凝结气体的压力振荡强度随空气质量分数的增加整体呈缓慢上升趋势。压力振荡强度随径向距离的增加而单调减小,随轴向距离的增加先增大后逐渐减小,存在压力振荡峰值,且随空气质量分数的增加,压力振荡峰值位置沿轴向后移。压力振荡峰值位置在轴向无量纲距离X=3和X=12之间。不同过冷水温度下,压力振荡峰值随空气质量分数变化的趋势不同。压力振荡峰值的位置即压力振荡最强的位置位于核心汽羽的尾部。

窄通道内不凝结气体对过冷沸腾汽泡行为的影响

针对窄通道内不凝结气体对过冷沸腾汽泡行为的影响进行了实验研究,通过高速摄影仪记录了矩形窄通道内含和不含不凝结气体的汽泡行为并进行了分析。分析结果表明:在过冷沸腾条件下不凝结气体对汽泡行为产生了较大的影响,延缓了汽泡的生长和冷凝,使汽泡的直径变化呈震荡特性;从蒸汽的产生和冷凝角度分析,不凝结气体的存在有利于汽泡的生存,促进了汽泡之间的聚合过程,在一定程度上有利于换热。

凝汽器内不凝结气体对汽相流动与传热性能影响的数值模拟与分析

采用多孔介质物理概念对1台双流程凝汽器的汽相流动与传热特性进行了数值计算与分析，结果表明：在该冷凝器中存在着严重的不凝结性气体的积聚现象，从而导致了流动与传热特性的恶化。

压水堆核电厂管道中不可凝结气体的监测方法

文章对压水堆核电厂管道中不可凝结气体的意外积聚原因、气体侵入征兆、潜在积聚位置和监测方法进行了介绍,对不同监测方法对比分析可知,对易出现气体积聚位置采用充水法进行不可凝结气体量化测量,对人员接近条件良好的区域采用超声波技术测量,空间受限或辐照剂量较高的区域宜采用导波超声进行测量。

真空露点法测量易凝结气体中微量水份研究

易凝结气体因常压下沸点经常高于所含水份露点,因而无法直接采用露点仪测量其微量水含量。在克拉贝龙方程基础上,根据水和其它物质的热物性,推导出水在冰面上的饱和蒸汽压的对数值随温度的变化率要比同温度下其它易凝结气态物质的相应值大得多。由此性质提出了采用露点仪测量易凝结气体中微量水份的方法——真空露点法,通过对测量装置的误差分析,验证了所提的方法的可行性。

不凝结气体对多壁碳纳米管传热表面池沸腾性能的影响

为揭示不凝结气体对多壁碳纳米管（multi-walled carbon nanotube, MWCNT）纳米结构表面核态池沸腾过程的影响，使用气体沉积法（chemical vapor deposition, CVD）在硅表面制作MWCNT纳米结构表面，并使用光滑硅表面进行对比实验研究。实验操作中，将驱气前后的工作液体应用于两种表面的池沸腾实验，传热表面过热度控制在0．O～35．0℃，工作液体过冷度分为40．0和50．0℃。实验结果表明，液体中含气量的变化对MWCNT纳米结构表面影响较小，而对光滑硅表面的影响较大；对比硅表面，MWCNT纳米结构表面能够有效提升沸腾传热效果，对于驱气后的工作液体提升效果更为明显。

气空间中不凝结气体对自然循环流动沸腾的影响

为了研究不凝结气体对反应堆安全的影响，在清华大学核能技术设计研究院５ＭＷ热工水力实验台架上研究了气空间中有不凝结气体存在时自然循环两相流稳定性的变化。实验发现：在气空间中有很高的氮气分压情况下，即使冷凝器投入运行，系统仍可能出现沸腾和两相流振荡，汽液交界面的温度可达到气空间总压对应的饱和温度，蒸汽分压在气空间中存在不均匀分布。这些现象的研究对压水反应堆变工况运行有重要意义。并对汽液交界面的Ｓｔｅｆａｎ流现象进行了理论分析。

核供热堆不凝结气体排放特性实验研究

为研究核供热堆上空腔不凝结气体（氮气）的排放特性，在５ＭＷ核供热堆热工水力学实验回路上进行了实验研究，实验模拟了核供热堆排放工况的主要参数，着重研究了在排放过程中氮气排放份额变化特性和氮气排放份额对排放背压的影响，排放前实验系统压力运行在１．５ＭＰａ，初始氮气分压为０．３４ＭＰａ。采用静态校验法获得单位时间的平均氮气排放份额。实验结果表明：由于排放过程中闪蒸现象的发生使得氮气的排放特性变化复杂，氮气排放份额在整个排放过程出现双峰，排放阻力对氮气排放特性有较大的影响。

滑动轴承中不凝结气体对转子性能影响研究

针对滑动轴承现场使用时,不凝结气体(Non-condensable gases,NCG)使润滑介质物性参数偏离标称性能的问题,首先,建立了滑动轴承内部液态-气态润滑介质-NCG组成的多相润滑流场数值模型,其次,通过自编程序实现了瞬态润滑流场与转子动力学方程之间的耦合计算,再次,通过计算与试验结果的对比说明了计算方法的有效性,最后,分析了NCG含量对于转子工作性能的影响。结果表明:NCG含量对于转子工作状态有明显影响。随着NCG含量的增加,转子静平衡位置逐渐下降,转子涡动轨迹逐渐变大,因此使得轴瓦与轴颈接触风险增加。静平衡位置处最高压力上升,高压区面积减小,空化范围加大,增加了轴瓦疲劳和气蚀的风险;NCG含量增加会引起切向油膜力做功增大,有助于提高转子稳定性。

高压条件下含有非凝结性气体的水蒸气凝结传热模型研究

研究高压条件下含有非凝结性气体的水蒸气凝结传热过程对于小型堆的安全非常重要。当前对这一物理过程的研究集中于压力较低的工况,高压条件下的研究尚不成熟。本文建立了一种适用于高压条件下含有非凝结性气体的水蒸气自然对流凝结传热理论模型,使用真实气体状态方程求解扩散方程中摩尔浓度梯度和分压梯度之间的关系,取代了前人方法中的理想气体假设。计算结果与已有的实验数据吻合较好,证明本方法可用于小型堆紧凑型安全壳和汽-气稳压器等安全级设备的热工分析。

电站辅机设备的不凝结气体分析与评估

分析了不凝结气体的成因,说明了不凝结气体的危害。提出了热力设计对不凝结气体的评估方法,列举了结构设计对不凝结气体的排出影响。对电站辅机的设计方法提出了新的思路。