宽高比对矩形窄缝通道内流体温度场的影响

对宽面均匀加热、窄面绝热的矩形窄缝通道内强迫对流换热进行了3维数值模拟,模拟结果与实验数据符合较好.使用该方法研究了宽高比对矩形窄缝通道内流体温度场的影响.结果表明,对于大宽高比矩形窄缝通道,在角部区域以及加热面中心区域均会出现热集中现象;加热面中心区域的热集中程度较角部区域的热集中程度低,并且随着矩形通宽高比的减小而消失;此外,由于数值扩散的影响,低阶插值格式(如乘方插值)不能预测出加热面中心区域的热集中现象.     

矩形窄缝通道流固共轭传热数值分析

优化设计矩形窄缝流道角部非加热区时,需了解该区域固体的温度场及导热机理对换热的影响.本文采用CFD软件CFX对矩形窄缝通道内流固共轭传热进行了数值分析.研究结果表明:角部附近设计1 mm×2 mm非加热区域后,能够有效地避免角部热集中现象,非加热区对流道中间部位温度场的分布影响不大;非加热区域固体设置为导热边界条件时,角部附近加热面上的内壁面热流密度和温度的分布变得不均匀;同体金属材料的热传导使得非加热区域内固体的温度有所升高,有利于提高该区域流体的温度;非加热区域固体设置为绝热边界条件时,等体积热流密度和等壁面热流密度对矩形通道内的换热性能影响不大.     

矩形窄缝通道内单相水流动特性研究

通过理论分析,得到了计算矩形窄缝通道单相层流摩阻系数的公式。对小高宽比矩形窄缝通道内的流动特性进行了实验研究,结果表明：矩形窄缝通道内单相摩阻系数随Re变化的曲线和圆管有相同的趋势,但圆管流动摩阻公式不适用于矩形窄缝通道。矩形通道内摩阻系数与Re和通道截面高宽比有关,通道高宽比越小,摩阻系数越大。实验结果和理论推导结论一致。从截面湿周和切向应力两方面解释了高宽比对矩形窄缝通道内单相水层流摩阻特性的影响机理。     

纵向涡作用下窄缝矩形通道外壁温可视化研究

在窄缝矩形通道内设置4对周期性分布的矩形块纵向涡(LV)发生器作为强化换热措施,应用红外热成像测温技术对该通道加热板外壁面温度场进行可视化测量.测量结果表明,LV以一定作用距离和相对强度对温度场进行重构,形成了窄缝矩形通道内加热板外壁温交替下降和上升的类周期性变化过程,提高了通道内整体对流传热能力.     

矩形窄缝流道内窄边近壁区域流场和温场的数值模拟

矩形窄缝流道窄边附近流场和温场的分布对于优化设计宽边和窄边边角近擘区域的加热方式具有重要的意义,是设计者非常关心的问题之一。为了深入了解矩形窄缝流道内近壁区域的流场和温场的分布情况,采用商用计算流体动力学程序CFX对矩形窄缝内流场和温场进行了求解和分析,获得了矩形窄缝流道内宽窄边交界边角区域的流场和温场的分布情况,并对该区域的流场和温场及其影响因素进行了分析。     

流量脉动条件下矩形窄缝通道的共轭传热数值模拟

基于FLUENT软件建立了一种矩形窄缝通道流固共轭传热数值分析模型,利用加热条件下的水力摩擦阻力系数半经验关系式,验证了数值模型的适用性;然后运用该数值分析模型,开展了入口流量脉动条件下的矩形窄缝通道流固共轭传热分析,总结出在其他因素不变情况下流量脉动频率的影响规律,即随着频率的增加,流体与固体温度波动幅值变小,进出口压差波动幅值变大。     

矩形窄缝通道内再淹没过程骤冷温度研究

反应堆失水事故后，堆芯再淹没过程是维持燃料元件完整性以及缓解事故严重程度的重要手段之一。骤冷温度是再淹没过程关键参数，对了解再淹没过程先驱冷却与骤冷过程有着重要意义。本文基于双面加热的矩形窄缝通道试验装置，研究了矩形窄缝通道内再淹没过程，探究了初始壁面温度、加热功率、冷却剂流速、冷却剂过冷度、压力等对骤冷温度的影响，并通过量纲分析手段，提出了矩形窄缝通道内骤冷温度预测模型。结果表明，骤冷温度随初始壁面温度、加热功率、压力的升高而升高，与冷却剂流速与入口过冷度相关性较小，提出的骤冷温度预测模型预测效果良好。     

水平矩形窄缝通道内水沸腾换热的实验研究

以去离子水为工质,在1.0～6.0MPa压力范围内,对大宽高比(1.0×60mm、1.8×60mm、2.5×60mm)矩形狭窄通道内两相沸腾的换热特性进行了实验研究.分析了压力、窄缝间隙、热流密度、质量流量、含汽率等参数对矩形窄缝通道内水的沸腾换热的影响,得到了矩形窄缝通道内沸腾换热经验关系式,与实验数据符合良好.     

矩形窄缝通道内湍流充分发展区流动边界层探析

从宏观特性比较分析的角度出发,通过计算流体动力学(CFD)微观结果来探析矩形窄缝通道内湍流充分发展区边界层分布的特性.研究结果表明,从宏观角度看,一些适用于常规通道的经典公式仍然通用于矩形窄缝通道;现有的实验结果基本支持湍流充分发展区矩形窄缝通道内的流动和传热规律符合常规通道内特点的结论.对多种湍流模型模拟的结果与经典...     

矩形窄缝流道角部结构对流动和传热的影响

为了深入了解矩形窄缝通道角部结构对流动和传热的影响,文中采用CFD程序CFX10.0对矩形窄缝通道的流场和温度场进行了数值模拟.研究结果表明,采用削薄角部金属固体,并且在发热固体总量基本相同的条件下,直角型和圆角型结构下的内壁面温度分布与原型结构相差不大,可以反映原型结构中的传热特性.在雷诺数相同的条件下,角部圆角型结构和直角型结构下的二次流分布和摩擦压降基本相同,表明了完全可以采用圆角型结构来模拟原型结构.     

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。     

矩形窄缝通道临界热流密度数值预测

利用已有的实验数据对Weisman模型和Kwon模型的计算结果进行计算与分析.结果表明:2套模型计算偏差分布趋势相似,但Kwon模型的分散度较小,精度更高.对于矩形窄缝通道,已有的汽泡壅塞模型预测精度较差;不宜将汽泡壅塞模型直接用于矩形窄缝通道.结合矩形窄缝通道自身的特性对其中的Kwon模型进行了拓展.改进后的模型具有...     

摇摆条件下矩形管内湍流流动特性的LES研究

采用FLUENT软件和大涡模拟方法对摇摆条件下矩形通道内的湍流流体进行了理论研究,分析了各种摇摆条件和矩形通道尺寸对湍流流体流动特性的影响.结果表明,当矩形管比较窄时,管壁会抑制摇摆运动对湍流流体的影响;当摇摆幅度比较小时,摇摆运动对湍流流体的影响比较小;随着矩形管长宽比的减小,管壁上湍流摩擦阻力系数逐渐减小,并呈波形...     

矩形窄通道再淹没现象实验和数值研究

在反应堆发生大破口事故时,再淹没阶段可以有效地降低燃料元件温度,防止堆芯熔毁。为了预测再淹没过程中板状燃料元件的换热特性,进行了竖直矩形窄缝通道底部再淹没过程的实验研究。针对实验工况,基于商用软件CFX,通过耦合分析加热板和流体的方法研究竖直矩形窄缝通道底部再淹没过程。通过将数值模拟结果与实验结果进行对比,评价了相关模型的适用性,并验证了计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)方法在预测再淹没过程的有效性。基于验证后计算模型,对壁面初始温度、入口流速对再淹没过程的影响进行了分析,获得了相关初始条件对壁面温度变化的影响规律。     

升沉条件下矩形窄缝通道单相等温流动摩擦阻力特性研究

采用实验和理论分析相结合的方法研究升沉条件下矩形窄缝通道以水为介质的单相等温流动摩擦阻力特性.结果表明,矩形窄缝通道的几何效应体现在层流区；影响升沉条件下矩形窄缝通道摩擦阻力特性的因素是通道入口和出口边界条件；当入口和出口均给定速度边界时,升沉运动对等温流动没有影响,在静止状态获得的摩擦系数计算公式在升沉条件下仍然适用...     

窄缝矩形通道单相流动及传热实验研究

以垂直向上窄缝矩形通道内去离子水为流动介质,对单相等温流动及恒热流密度条件下的单相传热进行了实验研究.结果表明,窄缝矩形通道内的单相等温流动特性及单相传热特性并未偏离常规尺度通道内的相关规律,采用经典理论解或关系式能获得较好的预测结果.     

大宽高比矩形窄缝通道沸腾起始点实验研究

矩形窄缝通道中的泡核沸腾起始点（ONB）预测对反应堆安全设计十分重要。针对通道尺寸为50 mm×3 mm×1000 mm的竖直矩形窄通道,以去离子水为介质,通过监测壁面温度变化确认ONB的位置,研究了热流密度、质量流速、压力、入口过冷度等参数对ONB发生位置和壁面过热度的影响。收集并评价了已有的8个ONB预测模型,结合实验数据分析得到结论：基于池沸腾的ONB预测模型及其改进模型不能很好的适用于矩形窄通道内,尤其是针对质量流速带来的影响。一些针对矩形通道ONB预测开发的模型可以一定程度上反映ONB点壁面过热度随不同参数变化的发展趋势,但由于实验参数范围不够宽,适用范围和预测精度仍受到限制。结合影响矩形窄缝通道ONB发生的主要因素,推导了适用于计算宽谱参数工况下矩形窄通道中ONB点壁面过热度的解析解形式,并利用实验数据进行了拟合,新关系式超过95%的预测结果与实验结果偏差小于±20%。同时新关系式对其他相关公开文献的ONB数据预测仍在较好的误差范围内。     

单面加热矩形窄缝通道流型可视化研究

针对截面为40 mm×3 mm的竖直矩形窄缝通道,在低压以及入口温度过冷的条件下,对水流动沸腾的流型特征进行了可视化实验观察。观察到弥散泡状流、合并汽泡流、搅拌流和环状流4种流型;获得了矩形窄缝通道内流型的二维可视化图像,为流型的确认提供了直观的依据;对实验数据进行了初步分析,绘制了单面加热矩形窄缝通道内水流动沸腾的流型图。将本实验数据与现有的典型流型图进行了初步的对比分析,结果表明加热蒸汽-水的流型及其转变规律与绝热空气-水的差异明显。     

矩形窄缝通道内泡状流—弹状流流型转变准则研究

在两相流系统中,流型影响系统的摩擦阻力和传热等特性,准确判定不同流型对于两相流的计算具有重要意义。对于窄缝通道内的气液两相流动,特别是矩形窄缝通道内流型转变准则,已有学者进行了一定的实验研究,但由于实验装置及工况的限制,目前尚缺乏统一且适用性较广的流型转变准则,已有的基于矩形通道的流型判定准则适用性也有待于进一步评估。本文以空气-水为工质,对竖直矩形窄缝通道内泡状流-弹状流流型转变准则进行分析研究,基于1 168个流型实验数据,采用分界成功率对已有转变准则对于实验数据的适用性进行定量综合评价,并针对流型转变原理开展理论分析,引入无量纲数约束因子Co,建立考虑工质物性和流道尺寸、精度更高、适用范围更广的窄缝通道内泡状流-弹状流流型转变准则。本文结论可为反应堆换热元件和紧凑式换热器设计计算提供依据。     

矩形窄缝通道底部再淹没实验研究

为了解矩形窄缝通道在失水事故（LOCA）下底部再淹没过程中的热工水力特性,在不同实验条件下开展再淹没实验研究。矩形窄缝通道由2块因科镍合金焊接而成,本研究根据温度变化曲线分析底部再淹没过程,计算并对比不同实验工况下的骤冷前沿的推进速度（骤冷速度）,以及研究实验参数对再淹没过程的影响。实验结果表明,底部再淹没骤冷速度随着系统压力增大、进口流速增大、初始壁面温度降低以及冷却水过冷度的增大而增大。对比分析底部与联合再淹没工况,结果表明流量相同的情况下,底部再淹没的骤冷速度大于联合再淹没。本文研究为板状燃料元件反应堆事故预防以及事故缓解等研究奠定了基础。