低压自然循环复合流量脉动实验研究

在低压流动沸腾不稳定性实验中,研究了自然循环流动在不同入口过冷度下的演化过程。对实验中的流动沸腾不稳定性入口流量信号进行快速傅里叶变换,基于振幅和频率特性区分了3种流动脉动模式:小幅流量脉动、复合流量脉动和逆流。分析了加热功率和入口过冷度对自然循环不稳定性的影响。根据加热段出口水温变化得到了出口的流型变化,当流量波动振幅较小时加热段出口流体始终是饱和状态,而当流量波动振幅较大时,加热段出口为单相液体和两相混合物交替通过。给出了这3种流量脉动的边界图,分析了热流密度和入口过冷度对流量脉动模式的影响。结果表明:出口含气率大于0时发生流动不稳定性,热流密度达到间歇干涸型临界热流密度时发生逆流。     

低压自然循环复合流量脉动实验研究

在低压流动沸腾不稳定性实验中，研究了自然循环流动在不同入口过冷度下的演化过程。对实验中的流动沸腾不稳定性入口流量信号进行快速傅里叶变换，基于振幅和频率特性区分了3种流动脉动模式：小幅流量脉动、复合流量脉动和逆流。分析了加热功率和入口过冷度对自然循环不稳定性的影响。根据加热段出口水温变化得到了出口的流型变化，当流量波动振幅较小时加热段出口流体始终是饱和状态，而当流量波动振幅较大时，加热段出口为单相液体和两相混合物交替通过。给出了这3种流量脉动的边界图，分析了热流密度和入口过冷度对流量脉动模式的影响。结果表明：出口含气率大于0时发生流动不稳定性，热流密度达到间歇干涸型临界热流密度时发生逆流。     

低压高过冷度下自然循环流动不稳定性实验研究

对具有长直上升段的自然循环系统，开展了流动不稳定性实验研究。同时，详细分析了低压、高入口过冷度条件下典型的流动不稳定现象。实验表明：自然循环系统的结构、流体的热边界条件会影响自然循环的运行特性及流动不稳定性类型。较高入口过冷度下，高热流密度导致系统脱离稳态后，很难重新回到稳定的两相自然循环流动状态。随着热流密度的提高，系统会经历间歇沸腾、复合动态流动不稳定性等状态。依据实验结果得到了高入口过冷度下的不稳定性边界图。在两相振荡期间，自然循环驱动压头和回路阻力的主要影响因素集中在长直上升段和加热段。加热段出口积聚的大量气泡对上、下游流体的强烈挤压作用是流量大幅振荡及逆流的主要原因。     

自然循环与强迫循环条件下阻力及换热特性对比

为研究自然循环和强迫循环条件下流动及换热特性的区别,以单面加热窄矩形通道为研究对象,在压力0.2 MPa、实验段入口欠热度30~60℃的条件下,分别进行了强迫循环和自然循环条件下流动及换热实验。等热流密度条件下的阻力实验研究表明:在层流区,强迫循环和自然循环条件下的阻力特性几乎相同;在湍流区,修正后的Blasius关系式能同时适用于强迫循环和自然循环条件下的阻力预测;通过对比发现,强迫循环和自然循环条件下的转捩点雷诺数以及过渡态雷诺数区间几乎相同。换热实验研究表明:在湍流区,适用于强迫循环条件下的Gneilinski关系式能对自然循环换热能力较好预测;通过分析发现,在本实验研究范围内,自然循环与强迫循环条件下换热能力无明显区别。     

RELAP5对自然循环下临界热流密度的数值分析

临界热流密度(CHF)是导致沸腾传热变化而使发热元件表面发生传热恶化的现象。RELAP5等系统程序的CHF模型对于传热系统的安全分析有重要影响。基于RELAP5程序对单棒及三棒束自然循环CHF实验进行建模,并在CHF实验数据基础上对RELAP5中CHF预测值进行对比分析。实验装置是带有一个向上流动通道的自然循环回路。其中单棒束加热测试段由一根轴向非均匀加热的电加热棒及圆管外壁组成的环管状流道,三棒束流道由三根相同的轴向非均匀加热棒与三叶型的外管组成。实验条件为低压、低流量的自然循环流动:入口压力110～270 kPa、入口过冷度为10～70 K、自然循环流量0～400 kg/(m2·s)。依次以质量流量、入口压力和过冷度为基准参数对比分析实验值和RELAP5预测值。结果表明在低压、低流量及自然循环条件下,RELAP5中的CHF预测值随着质量流量的增大而增大,与入口压力及过冷度之间的依赖关系不明显。通过对实验值与模型计算值的比较得到,单棒束RELAP5模型预测的CHF值偏高于实验值,而三棒束RELAP5模型的预测值较实验值偏低。     

启动低温堆过程中流动特性实验研究(英文)

研究了由清华大学核能技术设计研究院研制的自然循环5MW低温堆加热启动过程中的流动特性。实验研究在模拟5MW核供热反应堆的热工水力学实验回路HRTL-5上进行。描述了不同类型的两相流稳定性,即geysering,闪蒸不稳定性及低干度密度波不稳定性对加热启动过程的影响。阐述了闪蒸不稳定性的机理。在此研究基础上,提出低温堆从初始状态向沸水工况的过渡的具体措施。提出用小热流密度,小进口过冷度实现压水-沸水过渡的方法。通过仔细地选择热工参数,可以获得5MW低温堆稳定的加热启动过程。     

矩形并联双通道第一类密度波流动不稳定性实验研究

以截面尺寸为50 mm×2 mm的矩形并联双通道为实验本体,在系统压力为2~8 MPa范围内,开展强迫循环条件下的第一类密度波流动不稳定性实验研究。在实验参数范围内,获得系统压力(P)、质量流量(G)和入口过冷度(Tsub)等热工参数对流动不稳定界限参数的影响规律;在Npch-Nsub图上给出不稳定点的分布,最后基于实验数据拟合第一类密度波不稳定边界的经验关系式。     

壁面过冷度对水平管内含空气蒸汽冷凝换热影响

为研究壁面过冷度对含不凝性气体蒸汽流动冷凝换热能力的影响,分别进行水冷却与空气冷却条件下空气-蒸汽混合气在水平管内的流动冷凝实验,分析空气入口质量分数,混合气入口流速以及管外冷却剂体积流量变化时,管内局部换热系数随壁面过冷度的变化规律。结果表明:在环状流及波状流范围内,局部换热系数随壁面过冷度的增加而增大;在分层流范围则随壁面过冷度的增加而减小;空气含量与混合气流速的增加,会使得环状流和波状流下壁面过冷度增大对冷凝换热能力的促进作用更为显著。     

基于遗传神经网络方法的流动不稳定起始点研究

利用遗传神经网络(GNN)方法分析窄矩形通道内流动不稳定起始点(OFI),并检测其热流密度随各个系统参数的变化。检测结果显示,GNN的预测结果与实验值符合良好,误差在±10%范围内。进一步通过GNN模型预测各个系统参数对OFI的影响。结果显示:OFI点的热流密度随着系统压力、入口过冷度、质量流速的增加而增大;系统压力对OFI点热流密度的影响小于质量流速的影响,小于入口过冷度的影响。     

摇摆运动对强迫循环沸腾流动特性的影响

对摇摆状态下的强迫循环沸腾流动特性进行实验研究。研究结果表明,当出口含气率达到一定值后,由于摇摆状态下的实验系统空间位置发生变化导致回路局部出现周期性的汽泡雍塞,诱发两相质量流速出现类似流动不稳定性的波动。流动的稳定边界主要受质量流速、入口压力、入口过冷度、摇摆角度及摇摆周期的影响。随着质量流速增大,摇摆参数的影响逐渐减小;系统压力、入口过冷度及质量流速越大,系统越稳定。     

环形通道内再淹没过程流动传热现象实验研究

通过可视化实验手段观察了环形通道内再淹没过程两相流动现象，分析总结了再淹没骤冷前沿推进过程中流型和传热机理的演化规律；通过不同工况下两相流动现象的对比，研究了是否加热和入口质量流速对再淹没过程流型和传热过程的影响规律。研究结果表明，在本参数范围内，实验中加热棒是否存在内释热对两相流动现象的影响不显著；而入口质量流速明显影响再淹没流动传热过程，入口质量流速越大，骤冷前沿附近汽化越剧烈，液膜中汽泡含量增加，更容易发生传热机制的转变。      

自然循环流动不稳定条件下的传热特性实验研究

为探究流动不稳定性机理，在低压自然循环系统中开展了一系列相关实验，分析了不同流量振荡模式下自然循环的沸腾传热机制及局部传热特性。实验表明：中、低热流密度下出现的较规则的周期性振荡由加热段内流动沸腾诱发，壁面过热度不会随流量振荡而大幅度变化；高热流密度下自然循环系统出现的周期性不规则振荡现象中，流动沸腾类型间的相互转变不是流量波动的唯一原因。大幅度的流量脉动可能在高热流密度下导致沸腾临界的发生，出口壁面出现间歇性干涸，局部传热系数下降的同时伴随壁温的短暂飞跃。随着热流密度的提高，自然循环系统可能出现持续性干涸。     

An investigation of transition boiling mechanisms of subcooled water under forced convective conditions

A mechanistic model for forced convective transition boiling has been developed to investigate transition boiling mechanisms and to predict transition boiling heat flux realistically. This model is based on a postulated multi-stage boiling process occurring during the passage time of the elongated vapor blanket specified at a critical heat flux (CHF) condition. Between the departure from nucleate boiling (DNB) and the departure from film boiling (DFB) points, the boiling heat transfer is established through three boiling stages, namely, the macrolayer evaporation and dryout governed by nucleate boiling in a thin liquid film and the unstable film boiling characterized by the frequent touches of the interface and the heated wall. The total heat transfer rates after the DNB is weighted by the time fractions of each stage, which are defined as the ratio of each stage duration to the vapor blanket passage time. The model predictions are compared with some available experimental transition boiling data. The parametric effects of pressure, mass flux, inlet subcooling on the transition boiling heat transfer are also investigated. From these comparisons, it can be seen that this model can identify the crucial mechanisms of forced convective transition boiling, and that the transition boiling heat fluxes including the maximum heat flux and the minimum film boiling heat flux are well predicted at low qualities/high pressures near 10 bar. In future, this model will be improved in the unstable film boiling stage and generalized for high quality and low pressure situations.     

双侧加热环形窄缝通道内单相水的流动传热特性研究

对环形窄缝通道内单相水在双面处于不同的加热热流密度情况下的对流换热特性进行了数值计算.计算结果表明,环形通道内、外壁加热热流密度比值的不同,对环形通道内、外壁与单相水的对流换热特性有着显著的影响.内、外壁面加热热流密度比值较小时,内壁的换热强于外壁的换热,随着内壁加热热流密度的增大,外壁的换热得到增强.但是,当内、外壁加热热流密度比值增加到一定程度时,外壁的对流换热特性将超过内壁的对流换热特性,与文献报道的实验结果一致.此外,环缝间隙的减小将导致环形通道的换热性能下降.     

环形通道内再淹没过程先驱冷却传热特性研究

骤冷前沿推进是失水事故后再淹没过程中堆芯冷却速率的重要标志，先驱冷却传热对骤冷前沿的推进起到关键作用，对先驱冷却传热特性的研究十分必要。本文通过数值求解二维非稳态导热方程获得先驱冷却传热系数，并基于环形通道内底部再淹没实验数据，分析先驱冷却传热系数受初始壁温、入口温度和入口质量流速等参数的影响规律。研究结果表明，初始壁温对先驱冷却传热系数的影响不显著，先驱冷却传热系数随入口质量流速的增加而明显增加，随与骤冷前沿距离的增加而减小，基于实验数据得到本参数范围内先驱冷却传热关系式。     

An experimental investigation of rewetting phenomena at low flow rates using round tubes and pressurised freon-12

Experiments have been performed to determine heat transfer characteristics occurring during the transition from post-dryout to rewetted wall conditions. The experimental technique employed was one in which the heating power to a high thermal capacity test section at the exit of a long stainless steel pre-heater tube was rapidly reduced. Three copper test sections with internal diameters of 8.5, 16.6 and 21.3 mm were investigated. Limited ranges of coolant pressures, qualities (i.e. mass fractions) and mass fluxes were investigated for each tube diameter. Analysis of experimental data was performed by matching observed thermal responses with ones predicted by a two-dimensional finite element transient heat transfer code.Comparison of the results with those from previous experimental investigations of the dryout process indicates that the post-dryout heat transfer characteristics of the dryout and rewetting processes are significantly different at low flow rates. For test conditions in which the inlet quality to the high thermal capacity test section was high, thermal responses and associated surface heat fluxes were found to be complexly dependent on quality and mass flow rate, whether the wetted front was near or well upstream of the test section. At low inlet qualities to the test section, however, the influence of quality and mass flow rate on thermal characteristics appeared to be less significant. Pressure effects were found to be small.     

复合换热管过冷沸腾换热实验与关联式评价

以去离子水为实验介质,在单面受热流密度条件下,开展了聚变装置偏滤器的过冷流动沸腾强化换热特性实验研究,将内肋强化换热技术与内插扭带结构相结合,利用两者的协同强化传热效应,设计出一种复合换热管。实验参数为：质量流速,992～4 960 kg/(m2·s);压力,04～2 MPa;入口过冷度,8701～11921 ℃;热流密度,1～163 MW/m2。对4种强化换热管（光管、内插扭带管、内螺纹肋管和复合换热管）的管内过冷流动沸腾换热特性和综合性能评价指标（PEC）进行了对比实验。结果表明：与其他3种管道相比,复合换热管的对流换热系数和PEC最高,传热特性最好。研究了复合换热管的扭带扰动比、螺距、压力和质量流速对管内两相流动对流换热系数的影响规律,发现对流换热系数与螺距、质量流速呈正比,与扭带扰动比、压力呈反比。最后对比了4个现有的过冷流动沸腾换热经验公式,并在无量纲模型基础上,增加了扰动比和螺径比（t/Dh）进行修正,利用非线性拟合方法提出了适合复合换热管过冷流动沸腾的努塞尔数新公式。