环形通道内液态金属钠沸腾两相传热特性实验研究

对环形通道内液态金属钠沸腾两相流动特性进行了实验研究。实验中,系统压力为3.6~110.0kPa,热流密度为11~600kW·m~(-2),流速为0.02~0.45m·s~(-1)。实验结果表明,液态金属钠沸腾传热系数与壁面热流密度和系统压力有强烈关系,而与入口过冷度和质量流速无关。在本文实验数据基础上,拟合得到了计算液态金属钠沸腾两相传热系数的关系式,通过与各组实验数据间的比较,证明本文关系式适用于计算环形通道内液态金属钠沸腾两相传热系数。     

环形通道内液态金属钠沸腾两相流动特性实验研究

对环形通道内液态金属钠沸腾两相流动特性进行了实验研究。实验中质量流速G≤2 000kg·m-2·s-1,系统压力p≤0.1 MPa,热流密度q≤550kW·m-2。两相流动摩擦压降通过在相同质量流量的单相流动摩擦阻力系数的基础上引入两相摩擦倍增因子来考虑两相的影响。实验结果表明:环形通道内液态金属钠两相摩擦倍增因子随Martinelli参数的增大有减小趋势。综合本文实验数据、Lurie等的实验数据以及Kaiser等的棒束实验数据,拟合得到了计算液态金属钠沸腾两相流动摩擦倍增因子的关系式。计算了本文拟合得到的关系式与各组实验数据间的相对标准偏差(RSD),表明本文关系式适用于计算环形通道内液态金属钠沸腾两相流动特性。     

带螺旋肋片方环形通道内超临界水传热特性实验研究

开展带螺旋肋片方环形通道内超临界水传热特性实验,获得不同热工参数条件下的实验数据。实验工况范围为:压力23~25 MPa;质量流速600~1000 kg/(m2·s);热流密度300~800 k W/m2;螺距160 mm。基于实验数据研究压力、质量流速、热流密度对传热特性的影响。与光滑方环形通道内的实验数据对比发现:在相同热工参数条件下,带肋片方环形通道内换热系数比光滑方环形通道高,螺旋肋片对超临界水条件下的传热有较大的改善作用。对实验数据进行多元线性回归得到带螺旋肋片方环形通道内超临界水传热经验关系式。     

液态金属钠在圆管中湍流传热特性研究

采用高Re k-ε模型与壁面函数法对液态金属钠在圆管中湍流传热特性进行数值计算,并与文献实验结果进行了比较,计算值与实验结果符合较好。同时应用该方法研究了湍流程度和加热条件对液态钠传热特性的影响。结果表明：湍流程度对传热的影响主要集中在流道前半段,后半段分子扩散对传热的影响逐渐凸现出来,使不同湍流程度流体传热特性的区别逐渐缩小。初始温度与热流密度对传热特性无明显影响。     

环形窄缝通道湍流流动换热特性分析

对双面加热环形窄缝通道内单相流动换热进行分析研究,提出了理论预测模型.基于该模型,对窄缝宽度分别为1.0、1.5、2.0 mm的环形通道单相湍流流动换热系数进行了理论计算,并与实验结果进行了对比,理论预测值与实验结果符合较好.研究表明:内外加热热流密度比对环形窄缝通道内的湍流流动换热过程有显著影响,在双面加热情况下,窄缝对流动换热过程强化与否,取决于内外管加热热流密度比及流动状态,即Re大小.     

环形通道内液态金属钠流动换热特性实验研究

对液态金属钠在环形通道内的单相流动换热特性进行了实验研究。结合实验数据,将液态金属钠单相流动分为层流区(Re≤2 000)、过渡区(2 000Re≤4 000)及湍流区(Re4 000),分别拟合得到不同流态下摩擦系数的计算关系式,并拟合得到液态金属钠环形通道内换热特性的相应关系式。结果表明:液态金属钠单相流动特性与常规流体(如水)类似,其层流区摩擦系数略大于水,湍流区与水的很接近。液态金属钠对流换热过程中,导热项占较大份额,同时Nu随Pe的增大而略有增大。     

液态金属钠沸腾两相流动传热特性理论研究

在实验的基础上对液态金属钠沸腾两相流动传热特性进行理论研究。计算对象为环形流道。单相流动区域认为液态金属钠不可压缩;两相流动区域考虑钠蒸汽的可压缩性。两相流动区域选用均匀流模型,求解过程中采用迎风格式进行积分。将模型计算结果与相关实验数据进行对比,结果表明本文模型可用于计算液态金属钠沸腾两相流动传热特性,模型计算结果在一定程度上能完成对实验工作的拓展。     

液态金属钠在环管中湍流传热特性研究

采用高雷诺数(Re)k-ε模型与壁面函数法对液态金属钠在环管中湍流流动传热特性进行计算,并与实验结果进行比较,结果表明计算值与实验结果符合较好。应用该方法研究湍流程度、加热条件、几何条件等因素对液态金属钠在环管中湍流传热特性的影响。研究表明,湍流程度对传热的影响主要集中在流道前半段,后半段分子扩散对传热的影响逐渐凸现出来,使不同湍流程度下传热特性的区别逐渐缩小;初始温度与加热热流密度对传热特性无明显影响;环管间隙增大,湍流传热效果增强,同等间隙时管径变化对传热特性无明显影响。     

窄缝通道内支撑柱对传热性能的影响

将计算流体动力学方法应用于窄缝通道内支撑柱对传热性能的影响分析。用CFX程序数值模拟有和无支撑柱两种情况下窄缝通道内的冷却剂流动，通过比较相同热流密度工况下加热壁面出口附近相应峰值点温度来分析支撑柱对通道内冷却剂冷却能力的影响。结果表明：支撑柱对该通道的临界热流密度的影响较小，可在实验中采用支撑柱以防止窄缝通道变形。     

环形通道内钠流动起始沸腾壁面过热度实验研究

对环形通道内金属钠起始沸腾壁面过热度进行实验研究。实验段长800 mm,环形通道外径10 mm,内径6 mm。电加热元件最高热流密度为846 kW/m²,进口过冷度为63.1～287.8 ℃,质量流量为7.2～122.0 kg/h,系统压力为0.85～28.79 kPa。实验结果表明,起始沸腾壁面过热度随热流密度和进口过冷度的增加而升高,随质量流量和系统压力的增加而降低。拟合得到了关于起始沸腾壁面过热度的半经验关系式,关系式计算结果与实验数据符合良好。     

窄环隙内单相对流换热的实验研究

鉴于流体在小尺度流道内流动换热时所表现出的特殊性 ,对水在竖直环隙内受迫流动时的单相对流换热特性进行了实验研究 ,两组实验件的环隙宽度分别为 0 9mm和 2 4mm。实验结果表明 ,窄环隙可以对单相对流换热起到强化作用 ,但较 2 4mm环隙而言 ,0 9mm环隙不但不能进一步强化换热 ,反而削弱了环隙的强化换热作用     

Two-phase flow and boiling heat transfer in two vertical narrow annuli

Experimental study associated with two-phase flow and heat transfer during flow boiling in two vertical narrow annuli has been conducted. The parameters examined were: mass flux from 38.8 to 163.1 kg/m² s; heat flux from 4.9 to 50.7 kW/m² for inside tube and from 4.2 to 78.8 kW/m² for outside tube; equilibrium mass quality from 0.02 to 0.88; system pressure from 1.5 to 6.0 MPa. It was found that the boiling heat transfer was strongly influenced by heat flux, while the effect of mass velocity and mass quality were not very significant. This suggested that the boiling heat transfer was mainly via nucleate boiling. The data were used to develop a new correlation for boiling heat transfer in the narrow annuli. In the two-phase flow study, the comparison with the correlation of Chisholm [Chisholm, D., 1967. A theoretical basis for the Lockhart–Martinelli correlation for two-phase flow. Int. J. Heat Mass Transfer 10, 1767–1778] and Mishima and Hibiki [Mishima, K., Hibiki, T., 1996. Some characteristics of air–water two-phase flow in small diameter vertical tubes. Int. J. Multiphase Flow 22, 703–712] indicated that the existing correlations could not predict the two-phase multiplier in the narrow annuli well. Based on the experimental data, a new correlation was developed.     

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.     

Experimental research on the incipient boiling wall superheat of sodium

Incipient boiling wall superheat of sodium flowing in annulus was experimentally investigated. The annulus was 800 mm in length, 6 mm as inside diameter and 10 mm as outside diameter. The heat flux in the experiment was from 128 to 846 kW/m², with inlet subcooling from 63.1 to 287.8 °C, mass flow rate from 7.2 to 122.0 kg/h and system pressure from 0.85 to 28.79 kPa. The experimental results indicated that the incipient boiling wall superheat increased with the increasing heat flux and inlet subcooling. And lower liquid velocity and system pressure could result in a higher incipient boiling wall superheat. Furthermore, a semi-empirical correlation was obtained from the experimental results. It was also found that the predicting results agreed well with the experimental data.     

液态金属钠在圆管内传热特性数值模拟研究

为研究液态金属钠在不锈钢材料表面流动时的湍流传热特性,在已有实验研究的基础上,提出了k-ε模型下的湍流普朗特数Pr_t模型,并使用Fluent程序对圆管内的液态金属钠在不锈钢材料表面流动时的传热特性进行了计算。理论设计值与已有实验结果进行对比,二者符合较好。根据本文提出的Pr_t模型,可较为精确地计算液态金属钠在不锈钢材料表面流动时的传热特性。     

环形窄缝通道单相流动特性研究

对环形窄缝通道内单相流动特性进行了分析，提出了理论模型预测环形窄缝通道内单相流动阻力特性。根据该模型，对窄缝宽度分别为1.0、1.5、2.0mm环形通道内单相湍流流动摩擦阻力系数进行了理论计算，并与实验结果进行了比较。理论预测值与实验结果符合较好，且窄缝间隙大小对环形窄缝通道内流动特性有着重要影响，随着间隙的减小，摩擦阻力系数相应减小。间隙对流动阻力系数的影响还依赖于Re大小，其影响随Re的减小而降低。     

Experimental investigation of heat transfer for supercritical pressure water flowing in vertical annular channels

An experiment has recently been completed at Xi’an Jiaotong University (XJTU) to obtain wall-temperature measurements at supercritical pressures with upward flow of water inside vertical annuli. Two annular test sections were constructed with annular gaps of 4 and 6 mm, respectively, and an internal heater of 8 mm outer diameter. Experimental-parameter ranges covered pressures of 23-28 MPa, mass fluxes of 350-1000 kg/m²/s, heat fluxes of 200-1000 kW/m², and bulk inlet temperatures up to 400 °C. Depending on the flow conditions and heat fluxes, two distinctive heat transfer regimes, referring to as the normal heat transfer and deteriorated heat transfer, have been observed. At similar flow conditions, the heat transfer coefficients for the 6 mm gap annular channel are larger than those for the 4 mm gap annular channel. A strong effect of spiral spacer on heat transfer has been observed with a drastic reduction in wall temperature at locations downstream of the device in the annuli. Two tube-data-based correlations have been assessed against the experimental heat transfer results. The Jackson correlation agrees with the experimental trends and overpredicts slightly the heat transfer coefficients. The Dittus-Boelter correlation is applicable only for the normal heat transfer region but not for the deteriorated heat transfer region.     

反应堆失流事故下堆芯自然循环冷却能力的模拟实验研究

为分析不同热工参数对强迫循环向自然循环过渡过程及稳定自然循环阶段传热及流动特性的影响,在内径为6 mm的竖直实验段内开展实验,研究不同入口过冷度、热流密度及初始流量对强迫循环向自然循环过渡过程以及稳定自然循环过程的影响。实验结果表明：入口过冷度及热流密度对自然循环向强迫循环过渡过程及稳定自然循环过程的换热能力有明显影响,而初始流量对该过渡过程及稳定自然循环的换热能力的影响并不显著。