低流量下等高差自然循环系统倒流现象实验研究

自然循环系统由于具有固有安全性而被广泛应用于核电站中。等高差自然循环系统是一种特殊的系统,其加热段与水箱之间是通过上下水平段连接。在低流量条件下,这类自然循环系统会发生水箱冷水倒流至上水平段的现象,目前对该现象的研究并不常见。对等高度差自然循环系统的上水平段倒流特性进行了可视化实验研究。实验结果表明,上水平段倒流长度随流量的增加而减小,随着加热段出口流体与倒流流体温差的增大而增加。研究发现,上水平段倒流现象主要受加热段出口流体惯性力和与倒流流体形成的浮升力共同影响,并且倒流现象的发生可以通过Richardson数来判定。

通道尺寸对竖直向上气-水两相流流型影响实验研究

本文以空气和水为工质,对竖直向上矩形通道(40mm×1.41mm,40mm×10mm)和圆形通道(D=25mm)内的两相流流型特性进行了可视化研究。气液两相的表观速度分别为:0.03～24.71m/s和0.03～3.73m/s。3个实验段内均出现了泡状流、弹状流、搅混流和环状流4种流型,40mm×10mm和圆形通道中流型特征较为接近,与40mm×1.41mm通道中流型相比存在明显差别。此外,绘制出了3种通道详细的流型图。对比结果显示,矩形通道窄边宽度对流型转变有显著的影响,随着矩形通道窄边宽度的增加,其流型转变边界更加趋近于圆形通道。

基于能谱降阶模型的共振计算方法研究

传统的共振计算方法试图对能谱进行诸多近似和预测来实现有效共振自屏截面的计算,但传统方法存在精度与效率难以兼顾的问题。本文采用广义并群理论和降阶模型方法,挖掘复杂能谱的特征,降低共振计算的复杂程度。通过对典型背景截面的超细群能谱的提取,建立能谱样本空间。通过奇异值分解和低秩近似,有效获取代表能谱特征的正交基函数。通过求解考虑正交基函数分布权重下的宽群角通量展开系数,实现目标问题下超细群能谱的重构,并用精细能谱并群计算得到了有效共振自屏截面。初步结果表明,基于能谱降阶模型的共振计算方法能有效预测共振自屏截面,其计算效率与超细群方法相比具备一定的优势。

纵向涡发生器作用下矩形通道内脉动流流动换热性能研究

对安装渐缩式纵向涡发生器与椭圆支柱组合的矩形通道内脉动流动换热性能进行了非稳态三维数值模拟研究,计算考察了不同Re、脉动频率ω以及振幅A对通道内强化传热和压力损失的影响。研究结果表明:在脉动流动的影响下纵向涡发生器的传热能力得到了强化。随着脉动频率ω和脉动振幅A的增加,矩形通道内整体传热能力的强化效果增强;随着Re的增大,强化效果逐渐减小。随着脉动频率ω和脉动振幅A的增大,矩形通道内E_f的波动振幅增加;随着Re的增大,E_f的波动振幅减小。

矩形通道内泡状流-弹状流转变判定准则研究

以空气和去离子水为工质，对竖直矩形通道内两相流流型特性进行实验研究；矩形通道的横截面为1．41mm×40mm和10mm×40mm，实验压力为常压，气、液相表观速度分别为0．015--0．59m／s和0．025-3．74m／s。利用获得的实验数据及文献数据，对4种典型泡状流．弹状流转变判定准则进行评价，结果表明4种准则都存在一定局限性。从实验数据及文献数据可以看出，泡状流．弹状流转变临界空泡份额为通道窄边与宽边比（宽高比s／w）的函数。为此，以当量直径10mm为界，分别提出临界空泡份额计算关系式，从而得到修正转变判定准则。与本文及文献中实验数据的比较，修正准则较4种典型准则精度和适用性有一定提高。

矩形通道弹状流液膜特性

为了深入探究矩形通道内弹状流机理,利用高速摄像系统,对矩形通道(3.25 mm×40 mm)内弹状流进行了可视化研究。实验中发现,泰勒气泡长度LT随分气相雷诺数ReG近似线性增长,但随着分液相雷诺数ReL增加,LT的增长速率减小。液膜脱离泰勒气泡时厚度δf随ReG增加而减小并趋于稳定,随ReL增加而增大。δf主要由ReG、ReL和LT决定;LT≥150 mm时,δf趋于稳定。液膜脱离泰勒气泡时速度Vf随ReL增加而增大。在低ReL时,Vf方向向下并随ReG增加而减小;当ReL≥9 102时,液膜始终向上运动,Vf随ReG变化较小,主要受ReL影响。通过数据回归分别得到了LT、δf和液膜相对脱离速度Vfr计算关联式,其与实验数据符合相对较好。

喷射器内流场数值分析

为了增加对喷射器内部流场的系统认识,同时为喷射器数学模型的建立和设计提供参考,采用数值分析的方法,研究了喷射器的运行特性及内部流场。研究结果表明,当混合流场中涡的卷吸作用主导混合时,混合层边界可用于表征相的分布范围;可以通过分析湍动能和涡耗散率定性描述喷射器内流场混合层内涡的特性;当压力不匹配度小于1时,高速蒸汽的可压缩性对涡卷起的抑制作用,需要较长的混合区均衡流场,但可压缩性对混合层发展的影响有上限;当压力不匹配度大于1时,喷管出口处的激波可使混合层增长速度变大,使流场在较短的距离内便达到均衡状态,有效缩短喷射器长度。

蒸发现象的鼓泡除甲基碘过程理论分析

针对鼓泡式过滤器内存在放射性物质释放衰变热的问题,本文对鼓泡除气效率的影响规律及影响机理进行研究。根据气泡内气体的质量、能量和组份浓度守恒方程以及气液界面特定的传质、传热边界条件来构建存在蒸发过程的鼓泡除气模型,并对控制方程和边界条件进行无量纲化处理从而实现模型的数值求解。计算结果表明:在气泡生成后的极短时间内,气泡显热导致的蒸发消失;衰变热导致的蒸发会明显地降低鼓泡除气效果。

管径与倾角对蒸汽-空气冷凝特性影响实验研究

对于轻水反应堆核电站,在发生反应堆失水事故情况下,大量的高温高压蒸汽喷放进入安全壳后,含空气的蒸汽冷凝是安全壳内重要的物理现象之一。先前的研究提出了若干实验关联式,它们包含了压力,浓度,壁面过冷度等热力参数对冷凝传热系数的影响。但是,目前仍缺少管径、倾角等几何参数对冷凝传热系数的影响研究。因此,本研究在压力0.15~1.6 MPa,过冷度30~120℃范围下开展了不同管径、倾角条件下含不凝性气体蒸汽冷凝传热的特性实验。对三种不同管径(19 mm、15 mm、12mm)五种不同倾角(0°、30°、45°、60°、90°)的传热管进行了传热特性分析。结果表明,随着管径的减小和倾角的降低,冷凝传热系数随之增加。基于本研究和国内外相关实验的2276个实验数据点,提出了一个包含管径和倾角的实验关联式,它在95%置信度下的误差在±15%以内。

窄矩形通道弹状流中液弹特性研究

气-液两相弹状流广泛存在于核动力工程中,弹状流中液弹特性对弹状流模型的建立具有重要意义。利用高速摄像系统,对竖直窄矩形通道内弹状流中液弹特性进行可视化研究。研究结果表明,窄矩形通道中稳定液弹可分为3个区域:先导气弹尾流区、主流速度分布恢复区和稳定速度分布区。先导气弹尾流区形成机理为先导气弹尾部液膜壁面射流过程。气弹在液弹中所处区域对其特性影响显著;主流为层流及过渡流态时,尾随气弹特性受先导气弹影响显著。在充分发展湍流工况下,液弹中近壁面处轴向速度趋于稳定所需距离等于最小稳定液弹长度Lmin;Lmin随气弹长度增加而增大,随两相雷诺数增加而减小,其变化范围为9 Dh^17Dh。

低功率条件下低高度差开式自然循环流动模式研究

开式自然循环系统广泛应用于能源和化工领域。在一些特殊条件下,低高度差自然循环系统应运而生,但目前研究并不充分。本文采用蒸汽加热方式,对这类的低高度差开式自然循环系统在低功率水平下的流动模式进行了实验研究,并对其流动模式以及存在物理现象进行了详细的分析。研究发现,在不同功率水平下,因受不凝性气体和过冷沸腾的影响,该自然循环系统主要存在4种流动模式。最后,对不同流动模式转变点的加热段进出口温度进行分析,结果表明加热段出口温度可作为系统流动模式的判定依据。

矩形通道内加减速条件下流态转捩特性研究

针对恒压差变化率下矩形通道内的流态转捩特性进行理论和实验研究。通过理论研究,得到恒压差变化率下的层流速度分布。以层流速度分布为基础,应用能量梯度法,对加速和减速情况下的转捩雷诺数(Re)进行计算,并分析影响转捩Re的因素。分析结果表明:加速过程中转捩Re低于稳态情况下的转捩Re和减速过程中的转捩Re高于稳态情况下的转捩Re;初始稳态压差越接近稳态转捩时的压差,转捩Re偏离稳态转捩Re就越小;压差变化率对转捩Re几乎没有影响。通过加减速实验研究得到的转捩Re变化规律和理论结果基本一致,但在压差变化率影响方面存在差异。

滑油冷却器绕丝支撑结构传热特性分析

滑油冷却器是核动力系统中广泛使用的换热设备。针对滑油黏度高、传热性能差的特点,提出了一种强化滑油冷却器壳侧传热的绕丝支撑结构。利用STAR-CCM+软件模拟并分析了绕丝的主要结构参数对其传热特性的影响。结果表明,绕丝结构会迫使壳侧流体达到交混状态,有效地破坏了滑油的流动边界层及热边界层,强化了壳侧传热。低缠绕角度绕丝结构的传热性能会优于高角度绕丝。三角形、正方形等带有尖锐棱角的绕丝强化换热效果会更好。单头绕丝的综合性能比双头绕丝高10%左右。