窄通道内不凝结气体对过冷沸腾汽泡行为的影响

针对窄通道内不凝结气体对过冷沸腾汽泡行为的影响进行了实验研究,通过高速摄影仪记录了矩形窄通道内含和不含不凝结气体的汽泡行为并进行了分析。分析结果表明：在过冷沸腾条件下不凝结气体对汽泡行为产生了较大的影响,延缓了汽泡的生长和冷凝,使汽泡的直径变化呈震荡特性;从蒸汽的产生和冷凝角度分析,不凝结气体的存在有利于汽泡的生存,促进了汽泡之间的聚合过程,在一定程度上有利于换热。     

矩形窄缝通道内滑移汽泡直径沿轴向分布特性实验研究

采用高速摄像仪对矩形窄缝通道内过冷流动沸腾滑移汽泡直径沿轴向分布特性进行可视化实验研究。实验捕获滑移汽泡沿加热面滑移并聚合的过程图像,并获得沿加热面轴向300、400、500 mm处滑移汽泡直径概率分布图。实验研究表明,窄缝通道中滑移汽泡直径沿轴向分布呈增大趋势;滑移汽泡沿加热面生长、滑移汽泡与未完成生长脱离的小汽泡的聚合,以及滑移汽泡间的聚合是滑移汽泡直径沿加热面轴向增大的重要原因。     

矩形窄缝通道内汽泡脱离直径可视化研究

以去离子水为介质,研究热流密度、入口过冷度和质量流速等热工参数对矩形通道内汽泡脱离直径的影响。主要参数如下:主流流体流动方向分别为竖直向上和纵倾45o,压力为0.16 MPa,质量流速G=300~700 kg/(m2.s),热流密度q=27.6~228.3 kW/m2,入口过冷度ΔTsub=20~40℃。研究发现,热流密度和入口过冷度对汽泡脱离直径的影响不明显;随着质量流速的增大,汽泡脱离直径明显减小。     

矩形窄缝通道近壁汽泡滑移和浮升可视化实验研究

采用高速摄像仪从宽面和窄面拍摄、观察矩形窄缝通道内近壁汽泡滑移、浮升运动,发现在加热面倾斜朝上和竖直向下流动沸腾时汽泡易于浮升。汽泡浮升后,其运动速度迅速增加。由于浮升汽泡处于过冷流体中,其界面上发生冷凝,导致汽泡界面形状变化较大。基于可视化实验结果,从受力角度分析不同流动方式和加热面放置方式对近壁汽泡滑移和浮升的影响。     

窄缝通道内过冷沸腾区域汽泡脱离频率研究

采用高速摄像仪对矩形窄缝通道内垂直上升流过冷流动沸腾区域汽泡脱离频率进行可视化实验研究。结果表明,汽泡脱离频率随质量流速的增大而减小,随入口过冷度的增大而减小,随热流密度的增大而增大。将实验数据与文献中汽泡脱离频率计算模型进行比较,发现基于池式沸腾和饱和流动沸腾开发的计算模型不能准确预测过冷沸腾区域汽泡脱离频率。本文以无量纲参数的形式,分别用液相雷诺数、过冷雅各布数和核态沸腾热流密度表示质量流速、主流过冷度和热流密度对汽泡脱离频率的影响,获得矩形窄缝通道内过冷沸腾区域汽泡脱离频率预测关系式,关系式的平均预测误差为±17.1%。     

倾斜条件下并联矩形通道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,开展了倾斜条件下密度波流动不稳定性实验研究。主要参数范围为：压力,3～8 MPa;质量流速,300～800 kg/(m²•s);入口温度,180～270 ℃;倾斜角度,0°～30°。通过分析实验结果,得到了系统压力、质量流速、入口过冷度以及倾斜角度对流动不稳定性界限参数的影响规律,基于过冷度数N_sub和相变数N_pch绘制了流动不稳定边界,并通过实验数据拟合了包含Froud数和Δρ/Δρ_g的不稳定边界准则关系式。研究发现,在实验工况范围内,倾斜条件对密度波流动不稳定性无明显影响。     

过冷沸腾通道内截面汽泡平均直径预测模型研究

通道内截面汽泡平均直径是计算两相流相间界面传递方程以及计算汽液相界面浓度的重要参数。综合考虑过冷沸腾工况下汽泡动力学、两相热力学以及汽泡聚合效应对通道内汽泡尺寸的影响,提出过冷沸腾通道内截面汽泡平均直径预测模型。将该模型与实验数据进行比较,预测值与实验值偏差±12.5%。     

竖直小通道内弹状流气弹长度的计算模型

针对小通道内弹状流建立了气弹长度计算模型,并结合实验研究,对模型进行验证。可视化实验以空气和水为工质,矩形通道截面尺寸为3.25 mm×43 mm,分气、液相Re范围分别为62~360和1255~3707。结果显示,模型的预测值与实验数据具有较好的一致性,平均绝对误差为26.8%。此外,将Mishima和Cheng等的实验数据与计算模型进行对比,实验段包括矩形通道（40 mm×1.07 mm,40 mm×2.45 mm）和圆形通道（D_e=4 mm）,平均绝对误差为34.9%,说明计算模型具有较好的适用性。     

竖直窄矩形通道内过冷沸腾传热模型

通过引入池式沸腾-流动沸腾汽泡脱离直径比对沸腾抑制因子S进行了修正,并将修正后的S引入Lee-Mudawwar过冷沸腾CHF模型,通过结合竖直窄矩形通道内的汽泡行为进行分析,建立了适应于竖直窄矩形通道的过冷流动沸腾传热模型,探讨了影响过冷沸腾传热系数的主要因素,并通过将模型预测值与实验值进行对比,验证了模型的可靠,表明当前模型可用于计算竖直窄矩形通道内的过冷沸腾传热特性。     

窄空间内受限空泡演化特征的可视化实验研究

对窄空间内自然对流条件下的沸腾空泡演化行为进行了可视化实验研究。液相工质为去离子水，实验段采用聚碳酸酯材料，窄小空间尺寸为2 mm×10 mm×250 mm。加热片采用FTO导电玻璃，从而实现从汽泡底部观察其生长特性。本文得到了不同热流密度下的汽泡生长特性曲线，发现在汽泡生长过程中，其长度与宽度的变化均符合指数规律，且长宽比在生长末期在一个固定值附近波动。汽泡生长速度随热流密度的变化不呈线性关系，受多种因素共同影响。同时，还分析了窄空间流道内汽泡聚合过程的受限界面演化特性。     

Isotopic separation of Lithium using Inorganic Ion Exchangers

The authors have been investigating geysering, which may appear during start-up of a natural circulation boiling reactor. From the results, it became clear that a large slug bubble covering the entire channel and its condensation in the upper plenum were indispensable for geysering to occur. In this work, an image processing unit has been developed in order to measure the coalescence process of multiple slug bubbles. The proposed system was used to measure the coalescence process of multiple slug bubbles flow in vertical circular channel on air-water system. It was shown that a following slug bubble was influenced by the preceding slug bubble as the distance between the slug bubbles became 5 times inner channel diameter. The rise velocity of the following slug bubble increased due to the pressure drop induced by the wake behind the preceding slug bubble. The bubbles coalesced together in a fraction of a second.     

竖直窄矩形通道内空气-水两相流中气弹运动速度研究

以空气和水为工质,应用高速摄像仪,对竖直窄矩形通道(3.25 mm×40 mm)内气液两相弹状流进行了可视化实验研究。气、液相表观速度分别为0.1~2.51 m/s和0.16~2.62 m/s,工作压力为常压。实验中发现窄矩形通道内弹状流与圆管中存在较大差别,气弹多发生变形,高液相流速时变形更为严重。窄边液膜含气量较高,在高液相流速时窄边液膜不下落,宽边液膜中含有由气弹头部进入和气弹尾部进入的气泡。气弹速度受气弹头部形状和宽度影响较大,受气弹长度影响较小。气弹速度可由Ishii & Jones-Zuber模型计算,但在低液相折算速度时偏差较大,其主要原因为漂移速度计算值较实验值偏小。     

通道尺寸对竖直向上气-水两相流流型影响实验研究

本文以空气和水为工质,对竖直向上矩形通道(40 mm×1.41 mm,40 mm×10 mm)和圆形通道(D=25 mm)内的两相流流型特性进行了可视化研究。气液两相的表观速度分别为：0.03～24.71 m/s和0.03～3.73 m/s。3个实验段内均出现了泡状流、弹状流、搅混流和环状流4种流型,40 mm×10 mm和圆形通道中流型特征较为接近,与40 mm×1.41 mm通道中流型相比存在明显差别。此外,绘制出了3种通道详细的流型图。对比结果显示,矩形通道窄边宽度对流型转变有显著的影响,随着矩形通道窄边宽度的增加,其流型转变边界更加趋近于圆形通道。     

三面加热窄矩形通道内气液两相流流型研究

以去离子水为工质，对截面为3 mm×43 mm的三面加热窄矩形通道内流型转化过程进行可视化实验研究。借助高速摄影仪记录可视化数据，观察到泡状流、弹状流、搅拌流和气膜塞状流等4种主要流型，并详细描述了各种流型发生时通道内气泡转化的过程。记录不同流型转化时的临界点，绘制出三面加热窄矩形通道的流型图，分析流型图中流型转化边界曲线的趋势及形成机理。将本实验流型图与现有相似通道尺寸流型图进行对比，结果表明：三面加热条件下的流型转化过程与绝热条件下的空气 水流型转化过程差异很大，某些流型转化曲线存在趋势上的不同；由于窄边加热部分的影响，与单面加热通道的流型转化过程也存在明显差异。气膜塞状流在绝热条件和单面加热条件下均未出现。     

内螺纹管临界热流密度预测与数值计算

基于壁面汽泡壅塞理论，针对近临界压力区两相流动沸腾的偏离泡核沸腾(DNB)现象，对垂直上升内螺纹管的DNB型临界热流密度(CHF)进行了数值计算研究。以内螺纹管为分析对象改进已有的汽泡壅塞模型，计算了汽泡层区与主流区的极限传递质量流量、湍流速度分布、汽泡层区临界截面含气率等本构关系，汽泡脱离直径的计算考虑了汽泡接触角的影响。本文模型还根据大量CHF实验数据拟合得到了新的α_b关联式。最后，基于Fortran语言编制了CHF的理论预测数值模型程序，研究分析了压力、质量流速、热平衡干度及进口欠焓对CHF的影响，并根据CHF查表值对本文模型进行评估，同时将实验得到的内螺纹管CHF数据与采用Bowring模型、Katto模型、Shah模型和本文模型计算的CHF进行比较，发现本文模型的误差最小，与实验值吻合结果较好，说明本文模型能较好地对垂直上升内螺纹管DNB型CHF进行预测。     

窄矩形通道污垢沉积数值仿真

为研究窄矩形通道内CaSO₄溶液由于析晶沉积产生的污垢及对换热的影响,本研究基于合理的污垢沉积、污垢剥蚀与污垢热阻模型,利用FLUENT软件结合用户自定义函数（UDF）对一定热流密度、入口流速、入口温度和流体浓度的流体进行了析晶沉积模拟计算。研究结果表明了此工质的污垢产生情况和对换热的影响,同时得到热流密度、入口流速和流体浓度3种影响因素对污垢沉积的影响:污垢热阻随热流密度增大而增大,随入口流速增大而减小,随流体浓度增大而增大。本研究可用于模拟板状燃料元件窄矩形通道由于析晶导致的污垢沉积过程。      

竖直矩形窄缝通道内近壁汽泡生长和脱离研究

可视化研究窄缝通道内汽泡生长和脱离对于揭示窄缝通道内的沸腾传热机理具有重要意义。本文采用高速摄影仪从宽面和窄面可视化观察了常压条件下矩形窄缝通道内汽泡核化生长和脱离规律。研究结果表明，汽泡在核化点生长时，汽泡底部与加热面存在一小的接触面，总体而言，汽泡在生长过程中基本呈球状。在相同热工参数下，不同核化点处汽泡生长规律基本相同，但汽泡脱离直径相差较大。窄缝通道内汽泡生长速率小，脱离时间较长，可采用修正的Zuber公式预测窄缝通道内汽泡生长直径。在同一拍摄窗口内，统计分析了热工参数对汽泡平均脱离直径的影响规律。随热流密度的增加，汽泡平均脱离直径减小；随入口欠热度的增加，汽泡平均脱离直径减小；随主流速度的增加，汽泡平均脱离直径减小。     

竖直圆管内泡状流界面参数分布特性

采用双头光纤探针对内径为50 mm竖直圆管内空气-水两相泡状流界面参数径向分布特性进行了实验研究。气液两相表观速度变化范围分别为0.004～0.05 m/s和0.071～0.283 m/s。结果表明,竖直管内向上泡状流局部界面面积浓度（IAC）、空泡份额及气泡频率径向分布相类似,即气相流速较低时管道中间很大范围内以上3个局部界面参数几乎恒定,近壁区迅速下降到较低值;随气相流速的增加,局部界面参数在管道中心出现峰值。本实验中气泡聚合与破碎现象较少发生,索特平均直径沿径向近似均匀分布,且随气液两相流速变化很小。通过气泡横向受力解释了局部界面参数分布的影响机理。