横向震荡条件下水中气泡速度特性实验研究

针对横向震荡条件下气泡的速度特性进行实验研究。设计横向震荡实验台,通过高速摄像机记录横向震荡条件下气泡的运动状态,通过追踪气泡的运动轨迹,提取气泡的运动参数,得到不同横向震荡周期(T)下气泡的速度和轨迹。对比不同横向震荡T下气泡的运动状态,结果表明:横向震荡引入的附加惯性力和液面晃荡对气泡水平速度、竖直速度和气泡轨迹均有明显影响;横向震荡T越长,气泡水平速度的峰值越大,气泡的轨迹越曲折,气泡竖直速度越小。与附加惯性力相比,流场对气泡的冲击作用对气泡水平速度的影响更大。     

基于卷积神经网络的大尺寸气泡体积二维图像测定方法

由于表面张力与惯性力作用,静止流场内较大尺寸气泡[500<气泡雷诺数（Re）<2000]形成不规则几何形状,造成二维图形处理方法等效球体或椭球获取三维体积的方式误差较大。此外,由于不规则界面的散射和反射,引起二维图像处理中边界模糊,难以辨识。本文以高速摄像机获得的静止流场内大尺寸气泡二维灰度图像作为卷积神经网络（CNN）的输入,以图像内气泡二维投影面积及实验获得三维体积训练网络,并用训练好的网络预测气泡体积。实验采用小气泡叠加法获得真实气泡体积,与网络预测结果进行对比。结果表明,该方法与传统图像处理方法相比,不需要对气泡形状进行假设,提高了对大尺寸气泡的适用性。      

周期性力场作用下气泡径向附加力分析

本文详细推导了气泡受周期性力场影响的数学模型，分析了各种惯性力和浮力对气泡径向受力的影响。分析发现，摇摆产生的周期性惯性力中切向惯性力起主要作用，在摇摆台处于最大摆角时达到最大，法向惯性力和科氏惯性力对气泡的作用可忽略。摇摆角度增大、摇摆周期减小及气泡距实验段入口距离增大均会造成气泡所受径向周期性惯性力波动幅值增大。考虑到摇摆造成气泡所受浮力的周期性变化，浮力的波动幅值远大于周期性惯性力的波动幅值。此外，气泡受力波动幅值随气泡尺寸的增大显著增大，与气泡变形无关。     

有限深度液体中气泡破碎的参数影响

在改进气泡破碎数理模型的基础上,研究了流体粘性力、气泡壁初始速度、有限液面高度、液面压力、液体密度等因素对气泡破碎的影响规律.数值计算结果表明,气泡临界破碎条件与这些因素密切相关.随着液体深度的增大,气泡更容易破碎,当液体深度大于气泡半径的100倍时,液体深度对气泡破碎临界条件几乎无影响,此时可以近似认为气泡位于无穷深液体中;当气泡壁初始速度为0m/s时,气泡不容易破碎;气泡具有初始收缩的速度时,气泡最容易破碎;随着气泡壁初始速度的绝对值、液体表面压强和液体密度的增大,气泡也更容易破碎.     

铀溶液空泡效应模拟计算研究

空泡效应对于溶液核燃料系统的安全分析评价至关重要。针对铀溶液空泡效应模拟实验方案，采用半经验关系式分析了静止液体中气泡的形成过程，综合考虑了气泡所受的浮力、阻力、惯性力、表面张力和气体动量力的影响，预测了气泡的大小及运动速度。在此基础上，针对3种浓度的铀溶液，使用蒙卡程序进行了空泡效应的理论计算分析。     

海洋运动对自然循环流动影响的理论分析

以一体化全功率自然循环反应堆模拟实验回路为物理原型,建立了非惯性系下自然循环流动理论分析模型。分别计算了稳态、横摇、纵摇、横倾、纵倾、起伏以及复合运动条件下满功率的自然循环流动,分析了附加惯性力对流体作用的机理。结果表明,摇摆附加惯性力引起各段流体波动,但不是导致堆芯流量波动的直接原因;起伏改变驱动压头大小,各段流量波动一致;倾斜工况下,不同空间位置的流道流量变化不同,堆芯流速下降。     

吊篮流致振动响应的数值计算

将流体和结构作用力分成与结构运动有关的流体作用力和与结构运动无关的作用力.与结构运动有关的流体力可以看成与结构惯性力、阻尼力和刚度力呈线性关系,并分别用附加质量、附加阻尼和附加刚度与结构的加速度、速度和位移的乘积表示;通常,附加阻尼、附加刚度比较小,可以忽略不计,主要考虑附加质量.与结构运动无关的流体作用力用CFD技术计算流场压力获得.最后用时程积分计算结构的响应.用该方法对秦山核电站二期1:5模型的吊篮进行计算,结果表明,对于流体产生的宽带激励,结构以其固有频率进行响应,主要以吊篮的一阶梁式频率作为响应的频率;实验和计算的响应统汁值保持在3.1倍范围内.因此,该方法可用于实验前的预估.     

摇摆作用下矩形流道内单相流动与换热数值模拟

采用Fluent计算流体力学软件,通过修正动量方程考虑摇摆所造成的附加惯性力的影响,对摇摆竖直矩形窄流道内单相流动与换热过程进行了数值模拟.附加惯性力的影响通过用户自定义函数(UDF)在动量方程源项中实现.模拟结果显示,在摇摆作用稳定后,流量和温度都会在静止值附近正弦波动,且波动周期和摇摆周期一致；流量和温度波动的极值...     

两相流动中摇摆引起的附加作用分析

对摇摆条件下竖直、水平和倾斜3种布置形式的管路系统中两相流动附加惯性力及由附加惯性力引起的附加压降进行详细的推导,并给出具体的附加惯性力及附加压降计算关系式。通过对比流动方向上由于摇摆引起的附加惯性力及重力分量的波动幅度,发现重力分量的波动是影响流动特性的主要因素。同时对竖直管道中附加压降计算式进行实验验证,结果表明计算式能很好地预测附加压降的变化规律,可用于摇摆条件下管内附加压降的计算。     

气泡破裂产生膜液滴理论模型的建立与验证

本文研究了常温、常压条件下自由液面单气泡破裂产生膜液滴现象。在明确该过程物理机理及气泡破裂环状物模型基础上,应用瑞利射流不稳定性分析理论结果,通过合理假设,建立了自由液面单气泡破裂产生膜液滴的物理模型。通过引入瑞利断裂时间判据,对时间变量进行离散,数值求解该理论模型,可获得气泡破裂产生膜液滴的初始参数,包括膜液滴数量、尺寸、速度、初始位置。将模型计算结果同已有实验数据对比,二者符合较好,证明了模型的正确性。