棒束通道内混合对流传热实验研究

以自然循环下堆芯内可能会发生的低流量传热为研究背景,对5×5棒束通道内的混合对流传热现象进行了实验研究。实验压力为6 MPa, 质量流量为25~150 kg/(m2·s),热流密度为25~300 kW/m2,实验雷诺数Re为1000~30000,浮升力参数Bo*为2×10-7~3×10-3。实验发现,随着Bo*的增大,棒束通道内传热产生先弱化后强化的趋势。浮升力对棒束通道内传热造成影响的起始点为Bo*=3.5×10-6,当Re >15000时,浮升力依然可对传热造成弱化现象。基于实验数据,提出了适用于棒束通道的混合对流经验关系式。      

中低雷诺数条件下单侧加热矩形通道内混合对流换热的实验研究

非能动安全壳冷却系统是先进压水堆非能动安全系统的重要组成部分,其中空气对流换热的能力较差,对安全影响较大,因此本文主要研究了在大尺寸垂直单侧加热矩形通道内空气自下而上流动时的混合对流换热,用于模拟核电厂非能动安全壳冷却系统的换热情况。研究结果表明在较小雷诺数条件下自然对流的影响不能忽略且自然对流会占据主导作用;随着空气流量的增加,强迫对流换热的作用越来越明显。当前学者所用经验关系式都不能很好地体现出自然对流在混合对流中起的作用,因此本文还通过实验数据拟合了一个新的计算混合对流换热的关系式,该公式在一定雷诺数范围内与实验值能很好地符合。     

加热上升混合对流传热实验研究

在加热上升混合对流中,浮升力的存在显著改变了速度分布和切压力分布,使边界层趋于层流化和充分发展湍流起始点的延后,并使传热系数表现出由弱化、恢复再强化的过程。本研究在中压下不同直径的竖直加热圆管上进行了纯蒸汽的强迫对流传热实验,也在超临界压力下不同直径的加热圆管上进行水的强迫对流和自然循环传热实验。研究表明:随着浮升力参数的增大,传热逐渐弱化;在浮升力参数达到一定值时传热系数达到最小值,随后逐渐恢复,并最终出现强化。在实验数据基础上提出了加热上升混合对流的传热关系式。     

矩形通道局部变形堵塞对流传热实验研究

板状燃料元件因表面鼓泡而引发了矩形通道局部变形堵塞事故,为研究矩形通道在局部变形堵塞事故下的对流传热现象,在低雷诺数470～3300内,分别对无鼓泡、单鼓泡、纵向三鼓泡、横向三鼓泡工况开展对流传热实验.研究表明:对比计算结果与实验结果的平均努塞尔数,无鼓泡工况下齐德-泰特公式的计算误差较小,而鼓泡的局部堵塞工况下的计算...     

在竖直圆管内向上流动过热水蒸气混合对流传热

混合对流发生在较低流动的加热（或冷却）流道内，流动由外加压力梯度和浮升力共同支配。此时，浮升力的存在使流场中切应力分布与等温流动时的有本质不同，传热和流动特性更为复杂。     

倾斜矩形通道中湍流混合对流换热的数值分析

在文献中对重力影响的湍流流动与换热的分析,多数集中在对竖直通道的研究,少有述及倾斜角度的影响.本文针对倾斜矩形通道中的湍流混合对流进行了数值分析,以考察倾斜角度对流动和传热的影响.分别分析了空气向上流动和向下流动的工况,倾斜角度的调整范围在15°～90°之间,矩形通道的下侧板单侧进行加热.采用了数种两方程湍流模型(κ-ε模型),通过与文献中的竖直通道混合对流实验数据进行比较分析,以确定最为合适的湍流模型.然后,基于这个湍流模型对倾斜的工况进行研究.文中主要考察了倾斜角度分别在向上流动和向下流动中对沿程努塞尔数(Nu)的影响.     

矩形通道内脉动层流相位差实验研究

对流量脉动条件下矩形通道内的相位差进行了实验研究,通过建立的脉动层流相位差数学模型,对脉动周期、脉动振幅、通道结构尺寸和流体性质等因素进行了分析,并将实验数据与理论模型结果进行对比。结果表明：矩形通道内,脉动层流的流量变化滞后于压降变化,存在相位差,该相位差仅与脉动周期、流道结构尺寸和流体性质有关,与压降相对振幅无关。     

10 mm垂直单管通道内超临界水传热弱化现象的实验与数值分析

超临界压力下的流体因拟临界点附近物性的剧烈变化,形成了非常奇特的传热现象。因流体密度突变,在低流量下会引起强烈的浮升力作用,对超临界流体的流动和传热均有极大影响。本工作通过实验获得10 mm单管内传热弱化现象的实验数据,并采用改进的低雷诺数湍流模型,使用数值方法模拟该传热弱化现象。计算结果表明,不同于以往传统的模型会高估壁面温度,改进的低雷诺数湍流模型能较好预测实验结果。数值模拟结果还揭示了浮升力对湍流剪切应力和速度分布的影响,进而引起传热弱化和传热恢复。     

垂直向上窄间隙矩形通道内单相流动特性实验研究

以垂直向上窄间隙矩形通道为研究对象,开展了恒热流密度加热条件下的单相流动特性实验研究。根据测量的温度、流量、压降和热流密度,获得一定工况范围内层流、过渡流和湍流流动的非等温摩擦系数实验数据,并基于这些实验数据对现有的预测关系式进行了对比评价。结果表明,由Kays和Clark提出的层流等温摩擦系数关系式以及由Blasius、Techo、Moody提出的湍流等温摩擦系数关系式的预测结果均与相应的实验结果具有较好的一致性。     

平行窄隙矩形通道间脉动演化过程的实验研究

基于可视化实验,对平行窄隙矩形通道间脉动演化过程进行了研究.实验采用三面可视的实验本体,在系统压力0.2～0.8 MPa、质量流量60～300 kg/h、入口过冷度20～80℃参数范围内开展.实验结果表明:在平行窄隙矩形通道间,脉动的演化过程与流量的变化、通道内流型的变化以及各特征点的转变过程紧密相关.当通道出口处于饱...     

矩形通道内泡状流-弹状流转变判定准则研究

以空气和去离子水为工质,对竖直矩形通道内两相流流型特性进行实验研究;矩形通道的横截面为1.41mm×40 mm和10 mm×40 mm,实验压力为常压,气、液相表观速度分别为0.015⁰.59 m/s和0.0250.59 m/s和0.025³.74 m/s。利用获得的实验数据及文献数据,对4种典型泡状流-弹状流转变判定准则进行评价,结果表明4种准则都存在一定局限性。从实验数据及文献数据可以看出,泡状流-弹状流转变临界空泡份额为通道窄边与宽边比(宽高比s/w)的函数。为此,以当量直径10 mm为界,分别提出临界空泡份额计算关系式,从而得到修正转变判定准则。与本文及文献中实验数据的比较,修正准则较4种典型准则精度和适用性有一定提高。     

Laminar Flow with Simultaneously Effects of Mixed Convection and Thermal Radiation in a Channel

Present study investigates the effects of combined mixed convection and thermal radiation for laminar ascending flows. Finite volume method is applied for solving mass, momentum and energy balance equations simultaneously and for radiation transfer equation (RTE) discrete ordinate method is used. Temperature-dependent thermophisycal properties are considered for absorbing–emitting–scattering medium (H₂O and CO₂ gases) when solving governing equations. Results are presented in terms of velocity and temperature fields, surface heat flux and total Nusselt number. Results show that thermal radiation speeds the development of velocity and temperature fields, delay reverse flow occurrence and enhances total Heat Transfer but decrease buoyancy effects.     

不同流道间隙下矩形通道临界热流密度的实验研究

在氟利昂工质条件下,进行1~3 mm间隙的矩形通道临界热流密度(CHF)的实验研究。研究发现,在1~3 mm间隙的矩形通道内,随着压力的升高,CHF稍有下降;质量流速对CHF的影响呈非单调关系,在低含汽率区随着质量流速的增大,CHF增大;在高含汽率区,随着质量流速的增大,CHF减小;临界含汽量的增加导致CHF明显降低。综合分析表明,在本实验工况参数范围内,流道间隙范围为1~3 mm的矩形通道在相同的工况参数条件下,其CHF基本不受流道间隙的影响。     

矩形通道的流固耦合传热模拟

针对带发热板的矩形通道,利用CFX程序对其进行流固耦合传热模拟,并对网格进行传热方面的敏感性分析,得到较好的网格尺度。最后,通过与直接添加表面热流密度模拟的对比,分析流固耦合传热模拟的好处。研究结果表明,流固耦合传热模拟能更准确地研究通道的薄弱环节,提高热工性能。     

热工水力参数对矩形双通道管间脉动的影响

在中国核动力研究设计院热工试验回路上进行了矩形双通道管间脉动试验.对各种热工水力参数的试验研究后得出结论:随着进口过冷度的增加,界限热流密度增大,脉动振幅增大,脉动周期变长,进口过冷度对界限含汽率的影响表现出一定程度的非单值性;随着进口质量流速的增大,界限热流密度增加,界限含汽率减小,脉动振幅增大,脉动周期变短;随着系统压力的升高,界限热流密度和界限含汽率增加,脉动振幅减小,系统压力对脉动周期的影响表现出一定程度的非单值性;根据进口过冷度数Nsub和相变数Npch绘制出的脉动界限图,拟合出判断管间脉动界限的准则关系式:Npch＝3.1419 Nsub 10.014.     

骨架发热多孔介质竖直通道内强制对流换热数值研究

采用局部非热平衡模型,在层流范围内对骨架发热多孔介质竖直通道内的非达西强制对流换热进行了数值研究.采用Forchheimer-Brinkman拓展Darcy模型描述多孔介质内的流动,详细研究了表观雷诺数Re(0.5≤Re≤50),有效导热系数比Γ(0.001≤Γ≤1.0)和Da(10-3≤Da≤10-5)变化对多孔介质流道内流动换热的影响.计算结果表明:Re、Γ和Da变化对流道内流动换热影响显著;当Re、Γ较小而Da较大时,多孔介质流道内局部非热平衡效应明显,必须采用局部非热平衡模型才能对流道内的对流换热特性进行合理准确的预测.     

竖直窄缝过冷沸腾实验模型及数值模拟

基于常压下竖直窄缝通道的过冷沸腾实验结果,提出了2 mm窄缝通道的壁面核化数值新模型,模型包括:汽化核心密度、气泡脱离直径、气泡脱离频率和核化起始点(ONB)关联式。分别采用新模型和CFX模型对典型实验工况进行数值模拟分析,模拟结果与实验的壁面温度和平均壁面温度结果吻合较好。详细讨论了2个模型中的3个主要关联式的差异,最后讨论了ONB模型对过冷沸腾数值模拟结果的影响。结果表明,考虑ONB模型的新核化模型能更准确地预测窄缝通道过冷流动沸腾传热特性。     

矩形回路内超临界水稳态自然循环特性数值分析

采用计算流体力学(CFD)方法对简单矩形回路内的稳态自然循环进行数值模拟研究,并对超临界条件下的重力压降计算方法进行评估分析。结果表明,稳态自然循环流量随加热功率的变化,加热段出口流体温度在拟临界点附近时出现最大值,该最大值随加热段入口流体温度的增加而减小;加热段的温度整体上升并向拟临界区移动时,加热段进出口间的密度差、速度差趋于增加,而压降趋于减小。重力压降计算方法评估表明,Ornatskiy与Razumovskiy所推荐的公式在计算较长管道(2 m)内重力压降时结果偏小,最大偏差接近-30%,辛普森公式可以较好地计算较长管道内的重力压降,可用于处理实验数据。