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。     

5×5棒束通道内压降特性实验与数值研究

分别以实验与数值模拟对5×5棒束通道压降特性进行了研究。在5×5棒束通道实验本体上开展了压降实验研究,雷诺数范围为2000～14000。获得了棒束通道内压降随雷诺数的变化关系,并在实验工况范围内拟合了摩擦阻力系数计算经验关系式,关系式对摩擦阻力系数的预测偏差在5%以内。在实验研究基础上,开展了棒束通道内压降数值研究。对于雷诺数低于2000的工况选取层流模型,雷诺数高于2000的工况选取标准k-ε模型、Realized k-ε模型、RNG k-ε模型与LPS-RSM等湍流模型,开展了棒束通道内流场数值模拟,并拟合了层流工况下高精度摩擦阻力系数计算关系式。数值模拟结果表明,雷诺数较高时,标准k-ε模型、Realizedk-ε模型、RNG k-ε模型与LPS-RSM等湍流模型均能较好地预测摩擦阻力特性。     

棒束通道内气液两相流流型的实验研究

常温、常压条件下,在7×7矩形截面棒束通道内进行了垂直向上气液两相流动实验,气液两相折算速度的变化范围分别为0.04~14 m/s和0.238~1.860 m/s。实验中用高速摄像仪对流型进行记录,观察到了泡状流、泡状-搅混流、搅混流和搅混-环状流4种流型,发现搅混流是主要流型,并对Hewitt流型图的界限进行了修正。分析实验数据发现,摩擦压降在泡状流和搅混流区域的变化是相反的。根据实验数据,参考前人的研究得到棒束通道中泡状流向搅混流转变的边界。     

矩形通道内两相流动阻力特性及计算方法

常压下,以空气和水为工质,对宽高比不同的两个矩形通道内两相流动摩擦阻力特性进行了研究,并对常规通道和微小通道内两相压降的计算模型进行了验证和评价。结果表明：传统的常规通道经验关系式并不适用于窄矩形通道中的压降计算;基于微小通道的计算方法中,Lee-Lee模型与实验值符合程度较好,但在一定的参数范围内仍存在较大误差。提出基于Chen模型的Chisholm C系数方法的修正关系式,式中综合考虑了矩形通道宽高比、全液相雷诺数和L-M参数对Chisholm C系数的影响,修正关系式与实验值符合较好。     

湍流模型对5×5格架棒束通道流动传热数值模拟影响分析

同一软件工具采用不同湍流模型进行燃料组件格架棒束通道CFD分析时会得到不同的数值结果,本文采用ANSYS CFX软件,建立了包含典型5×5格架的棒束通道CFD模型,研究了涡粘和雷诺应力两大类6种典型湍流模型对燃料组件压降与换热特性数值结果的影响,计算了压降和Nu分布结果与相似的实验结果进行对比,通过分析3个典型搅混效果评价因子,探讨了搅混翼流动与换热的内在影响关系,同时对比了不同湍流模型对结果的影响。通过与相似实验数据对比分析,认为雷诺应力模型较适宜计算本文所研究的定位格架及棒束通道内流动传热特性。     

矩形小通道内空气-水两相流动均相流模型研究

在机玻璃竖直矩形通道内,以空气和去离子水为工质获得实验数据。据此对竖直矩形小通道内均相流模型的适用性进行评价。结果表明,采用McAdams两相粘度时均相流模型及Chen等提出的修正均相流模型能较好用于1.41 mm间隙通道压降的预测,平均绝对误差分别为10.92%和12.20%;采用McAdams两相粘度时均相流模型对于3 mm间隙通道在两相雷诺数Re大于6000时平均绝对误差为10.04%,但气-液两相Re较低时预测偏差较大。通过实验数据分析得到了均相流模型适用于3 mm间隙通道的范围;针对两相Re较低的区域拟合得到了新的经验关系式,其预测值与实验值符合较好。     

绕丝棒束组件低流速时摩擦阻力实验研究

钠冷快堆在事故停堆余热排放期间,堆芯组件内钠流为自然循环流动,流速很低,因此准确确定绕丝棒束组件低流速时的摩擦阻力系数对钠冷快堆非能动余热排出系统的设计具有重要意义。本文以水为流动介质,准确测量了37棒和19棒绕丝棒束组件在低流速（Re<1 000）时的摩擦阻力系数。实验结果表明,随着流速的降低,绕丝棒束组件的摩擦阻力系数迅速升高,流动从层流向过渡流转变时,摩擦阻力系数有明显跃升。将实验测量值与绕丝棒束摩擦阻力系数经验公式的计算结果进行比较,发现在低流速时,经验公式计算结果较实验测量值明显偏小,同时经验公式计算的绕丝棒束层流向过渡流转变的临界Re较实验值偏大。     

小通道内两相流摩擦压降计算方法评价

从文献中收集了2902个小通道内的两相流摩擦压降实验数据,实验工质包括R123、R134a、R22、R236ea、R245fa、R404a、R407C、R410a、R507、CO_2、水和空气,流道当量直径范围0.51～12 mm,气-液相雷诺数范围10Re_137000,气相雷诺数范围3Re_g4×10~5。基于这些实验数据,对11个小通道内的两相流摩擦压降计算模型和方法进行了评价。结果表明,在层流区域,Lockhart-Martinelli、Mishima-Hibiki、Zhang-Mishima以及Lee-Mudawar方法相近,而Muller-Steinhagen-Heck方法在紊流区精度最高,平均误差为34.8%。基于Chisholm方法给出了小通道内的两相流摩擦压降修正计算关系式,计算表明,该关系式在层流和紊流范围内优于其他公式。     

窄矩形通道内两相流动压降特性研究

以空气和水为工质,在40mm×1.6mm的窄矩形通道中对竖直向上气-液两相流动压降特性进行了实验研究。对比了现有的两相流动阻力计算关系式,结果表明,传统的计算关系式均不适用于窄矩形通道内两相流动阻力的计算;而以窄矩形通道为基础的Lee-Lee关系式误差相对较小,但预测值与实验值相比整体偏小。为此结合实验数据,以分液相-分气相雷诺数之比Re_l/Re_g为依据将流动分为两个区域,分别对Chisholm关系式进行修正,修正关系式与实验数据的误差较小,能够很好地预测本次实验结果。     

摇摆条件下圆管通道内气-液两相压降特性研究

开展了摇摆条件下圆管通道内气-液两相压降特性实验研究,获得了摇摆条件下实验段内瞬时及时均压降。构建了摇摆条件下两相压降计算模型构建,与实验结果对比符合很好。根据实验数据和模型计算结果分析摇摆条件对两相压降特性的影响规律,发现摇摆条件下通道内瞬时总压降呈现周期性波动,但其时均值和静止时相比偏差不大。进一步分析发现,摇摆条件下摩擦压降基本不变,摇摆运动引入的附加压降可忽略不计,而摇摆条件下重位压降的周期性波动是总压降出现周期性波动的原因。     

窄矩形通道内两相流动压降特性研究

以空气和水为实验工质,分别在40mm×1.6mm和40mm×3mm的矩形通道中对竖直向上气-液两相流动阻力特性进行了实验研究。该研究还对比了现有的两相流动阻力计算关系式,结果表明,对于窄缝为1.6mm的通道,传统的阻力计算关系式均不适用;而窄缝为3mm的通道,除Friedel模型和Tran模型外,其余模型与实验值符合较好。为此结合实验数据,以分液相雷诺数为依据将流动分为层流区、过渡区和湍流区3个区域,分别对Chisholm关系式进行修正,结果表明：C为当量直径的线性函数,当量直径越大,C越小。修正关系式与实验数据的误差较小,能很好地预测本次实验结果。     

矩形窄通道内流动沸腾阻力实验与计算方法研究

基于换热器小型化的研究背景,对水在矩形窄通道内流动沸腾阻力特性进行了实验研究与分析,并利用实验结果对常规通道和窄通道的两相摩擦压降计算的6种方法进行了评价。结果表明,应用于常规通道的关系式已不适于窄通道中流动沸腾压降的计算,而基于窄通道的Zhang-Mishima及Sun-Mishima关系式预测结果与实验值符合较好。实验结果和理论分析表明,利用分相流方法得到的分液相摩擦因子计算式中Chisholm系数C与Martinelli参数X存在指数关系,且随着质量流速的变化也有所不同,据此给出了新的分液相摩擦因子的计算方法,新方法具有更高的计算精度。     

摇摆状态下竖直管内环状流摩擦压降计算

对摇摆状态下3种不同管径的竖直管管内环状流摩擦压降计算进行了研究.以分相流模型为基础,对采用传统奇斯霍姆常数C所得到的环状流摩擦压降计算值与实验值进行比较,发现误差很大.通过分析发现,在摇摆状态下,奇斯霍姆常数C与滑速比呈降幂指数关系.结合实验数据给出了相应的计算关系式,并采用该计算式对环状流摩擦压降进行计算,实验值与计算值符合较好.     

矩形通道内气水两相流摩擦阻力计算模型

常压下以空气和去离子水为工质,对横截面为1.41 mm×40 mm和3 mm×40 mm的竖直矩形通道内两相流动阻力特性进行了实验研究。利用获得的764组实验数据,对11种典型两相流摩擦阻力计算模型进行评价。结果表明：Lee-Lee模型整体预测精度最高,但在分液相雷诺数较小（Re_l<600）和较大（Re_l>8 700）区域,与实验值符合较差;在分液相紊流区(Re_l≥2 000) Chisholm B模型适用性较好,对于两实验段预测值与实验值绝对平均误差分别为6.13%和6.43%,但在分液相层流区(Re_l<2 000)其预测值与实验值偏差较大。根据压降特性提出修正两相动力黏度,并针对分液相层流区提出修正计算关系式,其预测值与实验值符合较好。     

含内热源多孔介质通道内流动沸腾两相压降的预测

为预测含内热源多孔介质通道内流动沸腾的两相阻力压降,以Ergun方程为基础,定义了多孔介质通道的Chisholm参数Y和全液相折算因子Φ_l0。通过理论分析和实验数据测量,明确了出口质量含气率x_e、质量流速G和小球直径d等对参数Y和Φ_l0的影响,并提出1个Lockhart-Martinelli（L-M）类型的两相阻力压降关系式。与文献中的其他公式相比,本工作提出的公式对实验结果能做出更好的预测。     

Frictional pressure drop of gas liquid two-phase flow in pipes

Experiments of air water two-phase flow frictional pressure drop of vertical and horizontal smooth and relatively rough pipes were conducted, respectively. The result demonstrated that the frictional pressure drop increases with increasing relative roughness of the pipe. However, the influence of the relative roughness becomes more evident at higher vapour quality and higher mass flux. A new prediction model for frictional pressure drop of two-phase flow in pipes is proposed. The model includes a new definition of the Reynolds number and the friction factor of two-phase flow. The proposed model fits the presented experimental data very well, for vertical, horizontal, smooth and rough pipes. Therefore, the reproductive accuracy of the model is tested on the experimental data existing in the open literature and compared with the most common models. The statistical comparison, based on the Friedel’s Data-Bank containing of about 16,000 measured data, demonstrated that the proposed model is the best overall agreement with the data. The model was tested for a wide range of flow types, fluid systems, physical properties and geometrical parameters, typically encountered in industrial piping systems. Hence, calculating based on the new approach is sufficiently accurate for engineering purposes.     

摇摆运动下矩形窄通道内流动沸腾阻力特性

本工作对摇摆运动下水在矩形窄通道内流动沸腾阻力特性进行实验研究分析。一方面利用竖直静止实验数据对已有两相压降的计算方法进行评价,结果表明,应用于常规通道的关系式已不适用于窄通道中流动沸腾压降的计算,基于窄通道的Zhang-Mishima及Sun-Mishima关系式预测结果与实验值符合较好;另一方面得出了摇摆运动下流动沸腾阻力特性,摇摆运动使两相压降周期性波动,但摇摆角度和摇摆周期对压降的波动幅度、两相平均摩擦压降几乎无影响。     

Experimental and numerical simulation of air-water two-phase flow in the rod bundle with grid spacer

1 Introduction Grid spacer is the key part of reactor fuel assem-bly. The presence of spacers in fuel assemblies affectsvarious thermal-hydraulic characteristics of the reactorcore. The grid spacer with fine performance can im-prove thermal-hydraulic performance of the core fuelassembly and enhance the critical heat flux withouttoo much augment of the pressure loss. As a result,the implementation of grid spacer with high thermalperformance provides more thermal margin, then in-creases s…