不同窄缝宽度下窄矩形通道中沸腾临界可视化流型及触发机理

窄矩形通道因具有结构紧凑等优点而被广泛应用于各个领域。为完善窄矩形通道中临界热流密度(Critical Heat Flux,CHF)的预测方法,提高反应堆安全性和经济性,本文进行了不同窄缝宽度下窄矩形通道内CHF可视化试验来探索CHF触发机理。实验同步采集不同窄缝宽度下可视化结果和热工水力数据,结果发现:当窄缝宽度分别为5 mm、3 mm、2 mm和1 mm时,在发生CHF时,通道内流型分别对应泡状流、弹状流、搅混流和环状流。在发生CHF前,在泡状流、弹状流和搅混流都存在温度波动。在环状流中CHF涉及到区域由初始的干斑逐渐扩展;在搅混流时CHF涉及到的区域较小;而弹状流涉及到的区域最广;在泡状流中加热壁面温度波动频率最高。当系统压力在1~4 MPa范围内、在窄缝宽度为1 mm时,系统压力与CHF之间存在非线性关系,而在其余通道中随着系统压力增加CHF增加。因此,窄缝宽度对窄矩形通道中CHF有非常重要的影响。本文分析结果可为CHF机理模型的建立提供思路。

倾角变化的窄缝通道内CHF理论模型

对倾角变化的矩形窄缝通道的临界热流密度(CHF)进行分析,基于逆向对流限制(CCFL)机理建立相应的理论分析模型,并将该理论模型的预测结果与已有的实验结果进行对比。结果表明:当矩形窄缝通道尺寸为1 mm和2 mm,且倾角在范围在15°~90°时,预测结果与实验值符合得比较好;在倾角小于15°时,理论模型对CHF的预测明显小于实验值;修正的Katto-Kosho关系式可以比较准确地预测倾角小于15°时的CHF值;当通道尺寸为5 mm和10 mm时,预测值比实验值大,这表明基于CCFL机理的CHF预测理论模型仅适用于通道尺寸小于等于2 mm的窄缝通道。

窄间隙矩形通道间隙厚度对传热强化影响研究

根据窄间隙矩形通道的流道结构特点,参考圆管环状流临界热流密度(CHF)预测解析模型,得到了可以预测间隙厚度不小于0.5mm的窄间隙矩形通道内发生沸腾两相流环状流时的CHF解析模型。计算表明,当窄间隙矩形通道的进口截面宽度与间隙厚度比为25～85时,通道内的CHF值强化比较明显。根据汽-液两相介质的特点,推导出了在沸腾两相流系统中发生CHF时的传热强化判定准则。分析计算表明,这个判定准则是合理的,传热强化较好的进口截面宽度与间隙厚度比为45～75。综合两者的计算结果,窄间隙矩形通道内传热强化的参考进口截面宽度与间隙厚度比为45～75。

升潜条件下矩形窄缝通道绝热层流流动解析解

本文采用数学分析方法对矩形窄缝通道内绝热层流流动进行了研究。通过合理简化得到了分析对象的控制方程,基于固定流量和固定通道压降两种不同的边界条件,求解得出方程的解析解,从而可定量分析升潜条件对速度分布、压降、摩阻系数等的影响规律。

竖直矩形狭缝通道内环状流沸腾换热分析模型

对竖直矩形狭缝通道内有液滴卷吸环状流阶段流动沸腾进行分析。以液膜紊流的动量方程和能量方程为基础,加上相应的边界条件和使控制方程组封闭的经验关系式,建立了环状流的数学模型并进行数值计算,得到了矩形狭缝通道内的液膜厚度分布、沸腾传热系数等结果;将模型预测的换热系数同实验关系式作比较,最大相对误差为17.8%。

垂直向上窄间隙矩形通道内单相流动特性实验研究

以垂直向上窄间隙矩形通道为研究对象,开展了恒热流密度加热条件下的单相流动特性实验研究。根据测量的温度、流量、压降和热流密度,获得一定工况范围内层流、过渡流和湍流流动的非等温摩擦系数实验数据,并基于这些实验数据对现有的预测关系式进行了对比评价。结果表明,由Kays和Clark提出的层流等温摩擦系数关系式以及由Blasius、Techo、Moody提出的湍流等温摩擦系数关系式的预测结果均与相应的实验结果具有较好的一致性。

垂直向上窄间隙矩形通道内单相传热特性实验研究

以垂直向上窄间隙矩形通道为研究对象,开展了恒热流密度加热条件下的单相传热特性实验研究。根据测量的温度、流量、压降和热流密度,获得一定工况范围涵盖层流、过渡和湍流流动的平均努谢尔数实验数据,并基于实验数据对现有的预测关系式进行了对比评价。结果表明,Shah和London、Dittus-Boelter、Gnielinski提出的努谢尔数预测关系式均与实验数据具有良好的一致性,本实验得到的数据可为运动条件下的非等温传热特性研究提供对比依据。