新型螺旋绕丝管壳式换热器的设计

传统的折流板管壳式换热器,存在着流动死区大、压降损失大、传热效率低、结构太复杂加工难度大、易腐蚀易结垢寿命低等问题,对于工业的能源有效利用及节能减排十分不利。通过实验分析和数值模拟,本项目提出了一种新的结构设计使螺旋绕丝换热器更易于组装和大规模生产,十分利于推广。

含绕丝棒束内横向流动的可视化实验与数值模拟研究

螺旋绕丝是第4代先进核反应堆燃料组件的定位装置之一,冷却剂在绕丝作用下发生定向交混和周期性横流,是影响燃料元件包壳温度的重要因素,有必要进行深入研究。本文采用粒子图像测速法对含绕丝7棒束内水的横向流动进行实验测量,得到了横截面整体速度分布和局部流动特性,并利用STAR CCM+软件进行了稳态数值模拟,分析了无量纲横向流速的变化规律。结果表明,棒束内存在整体环流和若干局部涡流,大尺度涡出现在棒和内壁附近,小尺度涡出现在棒和绕丝附近。随着雷诺数的增大,横向流动规律基本一致,但速度大小呈线性增长趋势。湍流模型敏感性分析表明,雷诺应力-椭圆混合模型对流场的预测与实验数据最为接近。横向流动具有明显的周期性,对于所选定的棒束结构,最大横向流速约为轴向流速的25%,且在绕丝经过棒间隙时出现突变。

丝绕矩形螺旋圈填料流体力学性能研究

在30 mm的填料实验塔内,对DN50丝绕矩形螺旋圈填料的流体力学性能进行了测定,获得了该填料的流体力学性能数据;在Bain-Hougen以及Leva模型基础上、利用实验数据回归出包含系统性质和填料特性参数的填料液泛气速、填料层压降关联式。利用获得的流体力学实验数据,对关联式计算值和实验测量值进行了比较,二者吻合较好,最大相对误差绝对值小于10%。研究结果可用于同系列的其他型号填料流体力学性能计算,也可以作为该填料推广应用、工业设计应用的参考依据。

环形通道内超临界水的传热特性研究

针对超临界水冷堆（SCWR）堆芯内非圆通道、高热流密度下传热特性研究困难的现状，在压力为23～28MPa、质量流速为350～1000ka／（m^2·s）、热流密度为200～1000kW／m^2的试验条件下，对环缝间隙为4mm的环形通道内超临界水的传热特性进行了试验研究。在SCWR的概念设计运行工况下，并未发生传热恶化现象，这一结论对SCWR堆芯传热分析具有重要参考意义。试验结果表明，热流密度和质量流速对传热特性影响非常明显。此外，螺旋绕丝能够显著强化局部传热，并对下游的传热情况具有一定的改善作用。在环形通道中，一定试验参数下仍然观察到了传热恶化现象，且传热恶化的试验工况与Ogata关系式预测值比较接近。就传热恶化的机理而言，浮升力对传热恶化的发生起着重要作用。在所选定的6组换热经验关联式中，Jackson和Bishop关联式对换热系数的预测效果最好。

垂直上升圆环形通道内超临界压力水的传热特性

在压力P=23～28 MPa、质量流速G=350～1000 kg/(m2.s)、外壁面热流密度q=200～1000 kW/m2的试验参数范围内,对垂直上升圆环形通道内超临界压力水的传热特性进行试验研究。分析q、P、G、螺旋绕丝对传热特性的影响,比较有、无绕丝结构时出现的两种传热恶化。试验结果表明:提高G或降低q都可以强化超临界水的传热;在不同的传热类型下,P对传热特性有不同的影响;螺旋绕丝具有很好的局部强化传热作用,并且可以推迟在高热流密度、低质量流速下发生的传热恶化。