棒束子通道空泡份额及相界面浓度分布特性实验研究

棒束通道相态分布特性对反应堆内传热传质及流动阻力具有重要影响。本文对5×5棒束通道空气水两相流开展实验研究,采用四头电导探针测量了子通道内部的空泡份额、相界面浓度、气泡直径、气泡速度等相界面参数的局部分布。结果表明,气泡受横向作用力的影响,在子通道内会形成两种典型分布,随液相流速升高和气相流速降低,轴峰分布逐渐转变为壁峰分布;不同类型子通道空泡分布不均匀,中心子通道受壁面影响较小,气泡数量最多,边通道和角通道几乎被液相占据;本实验工况下,现有的空泡份额和相界面浓度计算关系式预测性能良好,平均最小误差分别为±18.2%与±12.2%。

油水两相分散流的相界面浓度输运方程研究

通过对连续相湍流导致的油滴聚合和破裂现象的合理模化,本文建立了适用于垂直上升管油水两相分散流的相界面浓度输运方程。其中对连续相湍流驱动油滴随机碰撞引起的聚合现象模化时,考虑了两油滴间连续相液膜排出过程中的凹面膜效应。而在描述油滴与湍流涡随机碰撞导致的破裂现象时,考虑了破裂过程所产生油滴的大小不等的因素。利用所建立的相界面浓度输运方程对沿实验段轴向的相界面浓度变化进行了预测,结果与实验数据比较表明吻合很好。

蒸汽-水冷凝泡状流相界面浓度输运方程

通过对冷凝消失项的合理模化,并考虑连续相湍流导致的气泡聚合和破裂现象,建立适用于蒸汽水冷凝泡状流的相界面浓度输运方程。过冷条件下蒸汽气泡冷凝过程可分为:传热控制区和惯性控制区。在传热控制区气泡尺寸逐渐减小,在整个冷凝中所占时间较长,而在惯性控制区,气泡在很短的时间内因为周围液体的惯性迅速消失。利用所建立的相界面浓度输运方程对轴向相界面浓度进行了预测,预测结果与实验数据比较表明吻合很好。

相界面浓度输运方程在一维两流体模型中的应用研究

为解决一维两流体模型核电厂系统分析程序中使用流型图所带来的缺陷,提高系统分析程序计算的准确性,探索在一维两流体模型中应用相界面浓度输运方程(IATE)对两相流动进行预测。采用FORTRAN语言开发耦合了IATE的一维两流体模型求解器(Solver-IATE),并对其进行验证。基于Solver-IATE对小直径绝热圆管内向上泡状流进行了数值模拟,并与采用流型图的计算结果进行了对比。研究结果表明:采用IATE计算的相界面浓度结果比采用流型图的计算结果更接近实验值。因此,在一维两流体模型中使用IATE可以提高其计算相界面浓度的准确性,进而提高一维两流体模型核电厂系统分析程序计算两相间相互作用项的准确性,能更准确预测反应堆的瞬态响应特性。

带定位格架棒束通道两相流相界面输运特性

为研究棒束通道内空泡份额及相界面浓度等相界面结构参数的分布特性,本文对带原型定位格架的5×5棒束通道竖直向上空气-水两相流进行实验研究。运用4头电导探针对流动方向上不同高度截面处的空泡份额、相界面浓度、气泡速度及平均索特直径等相界面结构参数的局部分布进行了测量。研究表明:相界面参数的径向分布主要由升力、壁面润滑力及湍流扩散力等横向作用力的综合作用决定;定位格架主要通过湍流漩涡聚集和格架剪切破裂影响相界面参数分布特性,二者作用效果相反;定位格架下游存在压降区,在其内部相界面参数分布发生剧烈变化。本文可以为棒束通道两相流相界面输运模型的优化提供参考。