窄缝环形管内流动与传热实验研究 Ⅱ.摩擦阻力特性

主要研究不同尺寸窄缝环形管内R 1 1 3垂直向上单相和两相流动沸腾时的摩擦阻力特性。研究发现 ,无论是单相还是两相流动都不同于普通管内流动 ,流体在窄缝环形管内流动的转变雷诺数Re为 50 0～ 1 0 0 0 ,两相流动摩擦阻力比普通圆管内的大。研究获取了重要的实验数据 ,并提出了计算窄缝环形管内单相和两相流动摩擦阻力的关系式 ,试验值与计算值的最大相对误差不超过 7 2 %。

窄缝环形管内流动与传热实验研究Ⅰ.单相强制流动换热

对垂直窄缝 (窄缝尺寸规格分 1、1 5和 2 5mm 3种 )环形管内氟 1 1 3单相受迫对流换热进行了研究 ,环缝的加热方式采用热水逆流双面加热。详细介绍了实验装置、过程和方法。实验结果表明 ,窄缝环形管内单相流动换热的Nu数与普通圆管内层流公式计算值相差较大 ,不能套用传统的单相流动换热模型来计算管内的对流换热系数。根据实验数据 ,将修正的Dittus Boelter公式用于计算窄缝环形管内的Nu数 ,平均误差在 1 8 6%以内。

窄缝环形通道内单相液体传热和压降的实验研究

在间隙为1.5mm的垂直环形窄缝通道内,通过内外管双面通电来加热流体,进行环形窄缝内单相液体传热和压降的研究。通过实验得出,内管和外管的Nu数准则式,双面加热时,内管对外管、外管对内管传热的影响,单相压降计算公式以及传热和流动的联系。

环形窄缝通道内流动沸腾干涸点的研究

在间隙为1 05mm和1 55mm的垂直环形窄缝通道内,以去离子水为工质,对内、外管通电加热,进行了环形窄缝通道内干涸点的实验研究.实验压力范围主要为2～4MPa,质量流速为40～80kg·m-2·s-1.由内、外管热流密度的比值得到了出现干涸点的判据.实验中还研究了压力、质量流速和进口条件对干涸点处含汽率的影响.实验表明,当对外管单面加热时,发现质量流速增大,临界含汽率减小;当进口含汽率增大时,临界含汽率增大;在相同的情况下,外管出现干涸时的截面含汽率大于内管出现干涸时的截面含汽率.根据实验数据对原苏联古塔杰拉奇圆管的干涸点公式进行了修正,得到了适合于计算环形管道干涸点的经验关系式.

环形窄缝通道内流动不稳定性试验研究

设计了加热长度为1800mm,间隙尺寸为1.5mm的环形窄缝通道试验段;以去离子水为工质,进行了强迫循环下两相流动不稳定性试验研究。实验压力为1.5～3.0MPa,质量流量为3.0～25kg/h,加热功率为3.0～6.5kW,进口温度为20℃、40℃、60℃。实验发现,在一定加热功率和进口条件下,回路流量低于特定值,会发生不稳定现象。试验研究了进口过冷度、系统压力和质量流量等参数对不稳定性的影响,得到了环形窄缝通道内强迫循环下两相流动不稳定区间。

窄缝环形通道内流动阻力特性的实验研究

分别在换热和冷态条件下,对水平、竖直向上和竖直向下3个流动方向的窄缝环形通道进行了流动摩擦阻力实验研究。实验发现窄缝通道内流态转变点比普通流道有所提前。将实验结果与传统的阻力计算公式进行对比,分析了换热温差及流动方向对摩擦阻力的影响,对窄缝环形通道内阻力特性进行了探讨。

窄缝环形流道内流动传热特性的实验研究

对竖直及水平窄缝环形流道内单相水受迫对流换热进行了实验研究。详细介绍了实验装置和方法。实验结果表明:窄缝环形流道内流动换热的Nu数与普通圆管内公式计算值不同,不能采用传统的圆管内的对流换热模型来计算。窄缝环形流道进行对流换热时,从层流向紊流过渡较普通圆管明显提前。分析了测壁温与分离系数法之间的差别,应用修正的Dittus Boelter公式所计算的窄缝环形流道内的Nu数与实验数据吻合较好。

在双面加热的窄缝环形流道中流动沸腾换热研究

在窄缝流道内发生沸腾换热现象时，由于沸腾产生的汽泡受窄缝流道的限制，受压变形而消除了汽泡表面张力对传热的影响。因此对此现象进行基础性理论研究具有很重要的意义。本文在常压下用蒸馏水对窄缝间隙为 0.75mm的垂直环形流道，进行了流动沸腾传热实验研究。实验段的有效加热长度为 900mm，其加热方式为内外侧双面加热，实验的流量变化范围在 1.67× 10－ 5～ 5.83× 10－ 5m3/s。通过实验得到了在不同质量流速和热流密度下双面加热的窄缝流道中内外侧沸腾换热系数随干度变化的分布和特点。研究结果表明，由于在窄缝流道中存在着大量的运动聚合受压变形汽泡，因此使内外侧沸腾换热系数都很高 (可达 105W· m－ 2· K－ 1以上 )。

环形窄缝通道中沸腾压降的实验研究

在1.5～6.0MPa压力下,通过内外管通电双而加热流体,对间隙为1.0mm和1.5mm垂直环形窄缝通道内饱和沸腾状态下的压降进行实验研究。通过实验得出了新的分液相摩擦倍增因子公式,用该公式得到的计算结果与实验数据符合较好,平均误差为11．6％。

双面加热环形窄缝通道内流动沸腾干涸点实验研究

在间隙分别为2.0mm和1.5mm的垂直环形窄缝通道内,流体自下而上流动。本文通过对内外管的双面通电加热来加热流体,进行环形窄缝通道内干涸点测定的实验研究。实验压力范围为2～4MPa,质量流速为40～80kg·m-2·s-1。采用原苏联古塔杰拉奇普通圆管的干涸点公式的形式对实验数据进行处理,得到了经验关系式,并对其进行修正,得到了适合于计算环形管道干涸点的经验关系式。

环形窄缝通道湍流流动换热特性分析

对双面加热环形窄缝通道内单相流动换热进行分析研究,提出了理论预测模型。基于该模型,对窄缝宽度分别为1.0、1.5、2.0 mm的环形通道单相湍流流动换热系数进行了理论计算,并与实验结果进行了对比,理论预测值与实验结果符合较好。研究表明:内外加热热流密度比对环形窄缝通道内的湍流流动换热过程有显著影响,在双面加热情况下,窄缝对流动换热过程强化与否,取决于内外管加热热流密度比及流动状态,即Re大小。

环形窄缝双面加热通道内欠热沸腾传热实验研究

在压力0.84～6.09 MPa、质量流速41.9～300.2 kg/(m2·s)、热流密度2.61～114.41 kw/m2范围内,以去离子水为工质,对间隙为1.5 mm环形窄通道实验段竖直向上流动的欠热沸腾传热特性进行了实验研究,得出了适用环形窄缝通道的欠热沸腾传热经验关系式。

环形窄缝通道内干涸后摩擦倍增因子的试验研究

在间隙为1.1和1.6 mm的环形窄缝通道内,通过内外管双面通电加热流体,进行环形窄缝通道内的干涸后弥散流区压强的试验研究,通过试验得出环形窄缝通道内干涸后弥散流区全汽相摩擦倍增因子的计算式,该式能够较好地预测环形窄缝通道内干涸后弥散流区的两相摩擦压降。

两流体模型在环形窄缝内的应用研究

采用EPRI最新开发的Chexal-Harrison相壁相间摩擦模型和简化的相壁相间传热模型,构造了适用于环形窄缝内沸腾传热和流动的两流体模型,并编制了热工水力计算程序——THYME程序。与实验数据比较,分析了环形窄缝套管在不同负荷下Relap5/Mod3.2程序和本文程序的计算结果。计算结果表明,Relap5/Mod3.2低估了环形蒸发管的蒸汽温度,本文计算结果与实验数据较为一致。

环形窄缝通道单相流动特性研究

对环形窄缝通道内单相流动特性进行了分析,提出了理论模型预测环形窄缝通道内单相流动阻力特性。根据该模型,对窄缝宽度分别为1.0、1.5、2.0mm环形通道内单相湍流流动摩擦阻力系数进行了理论计算,并与实验结果进行了比较。理论预测值与实验结果符合较好,且窄缝间隙大小对环形窄缝通道内流动特性有着重要影响,随着间隙的减小,摩擦阻力系数相应减小。间隙对流动阻力系数的影响还依赖于Re大小,其影响随Re的减小而降低。

环形窄缝通道内干涸型临界热流密度的理论研究

在双面加热的垂直环形窄缝通道内,对向上流动环状流的临界热流密度(CHF)进行理论研究,以质量、动量和能量守恒方程为基础建立数学物理模型。对该模型进行数值求解,得到了不同窄缝间隙通道内的CHF和临界含汽率的关系曲线,分析得出压力对CHF的影响,并将理论计算值与实验值进行比较。

热流密度比对环形窄缝通道内单相水换热特性的影响

对双面加热环形窄缝通道内单相水处于充分发展流动情况下的对流换热特性进行了数值计算.计算结果表明,环形通道内、外壁加热热流密度比的不同,对环形通道内、外壁与单相水的对流换热特性有着显著的影响.当内、外壁加热热流密度比较小时,内壁的换热强于外壁,随着内、外壁加热热流密度比的增大,外壁的换热得到增强.但是,当内、外壁加热热流密度比增加到一定程度时,外壁的对流换热特性将超过内壁的对流换热特性.此外,环缝间隙的减小将导致环形通道的换热性能下降.

双侧加热环形窄缝通道内单相水的流动传热特性研究

对环形窄缝通道内单相水在双面处于不同的加热热流密度情况下的对流换热特性进行了数值计算。计算结果表明,环形通道内、外壁加热热流密度比值的不同,对环形通道内、外壁与单相水的对流换热特性有着显著的影响。内、外壁面加热热流密度比值较小时,内壁的换热强于外壁的换热,随着内壁加热热流密度的增大,外壁的换热得到增强。但是,当内、外壁加热热流密度比值增加到一定程度时,外壁的对流换热特性将超过内壁的对流换热特性,与文献报道的实验结果一致。此外,环缝间隙的减小将导致环形通道的换热性能下降。

环形窄通道内流动沸腾换热及两相流型研究

实验研究了垂直向上窄缝环形管内流动沸腾换热特性和流型变化 ,窄缝宽度为 1～ 2 .5mm .实验结果表明 ,窄缝内沸腾传热有明显强化 ,并出现了区别于常规尺寸管内的两相流型和局部换热特性 .

环形窄通道内过冷沸腾起始点的实验研究

在1.0～4.5MPa的压力范围内研究了1.2mm间隙环形窄缝通道内过冷沸腾起始点。分析了部分热工参量对沸腾起始点的影响。引入双面加热影响因子,对环形窄缝内过冷沸腾起始点的数据进行回归分析,得出了适用于环形窄缝过冷沸腾起始点的实验关系式。