一种特殊的非对称加热矩形通道临界热流密度实验研究

介绍在高温、高压热工实验装置上进行的垂直上升流条件下一种特殊的非对称加热—单侧加热窄缝矩形通道临界热流密度(CHF)实验研究。实验研究了质量流速、临界含汽量等参数对单侧加热矩形通道CHF的影响规律。研究结果表明,在实验参数范围内,单侧加热与双侧加热的CHF值相差不大,且两者的变化规律基本一致:即在其他热工参数保持不变的情况下,单侧加热CHF随临界含汽量的增加而减小,随入口过冷度的增加而增大;在较低含汽量范围内,单侧加热CHF随质量流速的增加而增大;在较高含汽量范围内则趋势相反。本文提出的单侧加热矩形通道CHF计算关系式在参数范围内计算精度良好。     

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。     

矩形通道干涸点传热特性试验研究

在中国核动力研究设计院流动传热基础试验平台上进行了矩形通道干涸点传热试验。通过对各种热工水力参数的试验研究,得出结论:(1)随着进口含汽率的增加,干涸点热流密度减小,含汽率增加,壁面温度降低,传热系数减小;(2)随着质量流速的增大,干涸点热流密度增大,含汽率减小,壁面温度升高,传热系数增大;(3)随着系统压力的升高,干涸点热流密度增大,含汽率增加,壁面温度升高,传热系数增大。由试验数据与现有经验关系式的比较,发现这些关系式适合中高压、中低质量流速工况,而对低压、高质量流速工况存在较大的偏差。在古塔杰拉奇关系式的基础上,引入矩形通道尺寸和进口焓等影响传热的因素,得出了适用于矩形通道的干涸关系式。关系式与试验数据吻合良好。     

竖直圆管内欠热和含汽流动沸腾临界热流密度实验研究

正在直径为8.2mm、加热长度为2.4m的均匀加热圆管上对欠热和含汽强迫流动沸腾工况下的临界热流密度(CHF)进行了实验,覆盖的参数范围为:压力为3～21MPa,质量流速为963～3 883kg/(m~2·s),出口含汽率为-0.87～0.78。系统参数研究表明:CHF随进口欠热度和质量流速的增加而呈线性增加,随进口含汽率的增加而迅速减小。在次临界压力区域,CHF随压力的增加而减小,欠热度对CHF的影响减弱。不同含汽量的工况下,CHF     

底部封闭矩形通道临界热流密度的理论研究

分析研究了在底部封闭矩形通道内逆流汽液两相流条件下的临界热流密度的发生机理。研究表明,临界热流密度与流入矩形通道内的最大下降液体流量相对应,并且临界热流密度可通过求解动量方程、包络线和能量方程得到。通过与日本数土幸夫建立的模型、经验关联式和实验数据比较,该模型可在精度±30 %范围内预测底部封闭矩形通道条件下的临界热流密度。     

双面均匀加热矩形窄缝通道内DNB型临界热流密度理论预测

基于微液层蒸干的临界触发机理,构建了偏离泡核沸腾(DNB)型的临界预测模型。通过对临界点处的汽块进行受力平衡分析,基于优化后的侧面提升力系数CL,确定了汽块滑移速度、微液层液膜厚度等参数,实现对均匀加热下DNB型临界热流密度的理论预测。采用2种加热长度下矩形窄缝通道内的临界热流密度实验数据对该模型进行了验证。结果表明:模型所预测矩形窄缝通道内的临界热流密度值与实验结果的偏差均在±15%之内,该模型的预测精度高于Bowring公式和Bettis公式的预测精度。     

简单通道内超临界水传热特性实验研究

针对各国超临界水冷堆燃料组件设计方案,选取圆管、圆环形通道、方环形通道3种具有热工水力代表性的简单通道,开展超临界条件下水工质的传热特性实验研究。实验结果表明,热流密度、质量流速和压力3种热工参数对不同简单通道传热特性的影响趋势基本一致;在相同质量流速和压力下,换热系数在靠近拟临界温度处存在峰值,且随热流密度的增大而减小;在相同热流密度和压力下,相同主流体焓处对应的换热系数随着质量流速增加而增加;压力对超临界水传热特性影响较弱,仅在拟临界区域内换热系数峰值稍有不同;实验中出现了拟临界区域的传热恶化现象,传热恶化发生时壁温出现局部峰值。     

流量波动作用下临界热流密度特性理论计算与分析

利用流量波动作用下瞬态临界热流密度程序,对矩形通道内入口流量波动条件下临界热流密度特性进行计算分析。结果表明:入口流量波动会对临界热流密度有明显影响,特别是入口流量波动幅值和周期的增大、时均流量的增加、加热长度的减小或出口含汽率的降低将使临界热流密度特性恶化,从而对反应堆系统安全性产生不利影响。     

小流速工况下窄间隙矩形通道临界热流密度研究

板型燃料堆芯常压池式反应堆在事故下的自然循环工况是由零流速逐步建立起来的．这一过程必须工作在临界热流密度(CHF)限值之下。对此进行了上升流小流速窄间隙矩形通道内的CHF试验研究,并与Sudo公式的预测值进行了对比。结果表明,低流速下的CHF随着质量流速的增加而增加．虽然大部分试验数据低于Sudo预测值,但仍然在Sudo公式-33％偏差范围内。     

不对称加热矩形窄缝通道临界热流密度研究

以氟利昂12为冷却介质,对4种加热比条件下的矩形窄缝通道双面不对称加热工况下的临界热流密度(CHF)进行实验分析,获得各种工况下CHF与冷却剂质量流速、入口过冷度、出口含汽率的关系。实验结果表明:低含汽率下,CHF随加热比的增加而增加,随着含汽率的增加,不同加热比的实验通道内CHF差异减小;高含汽率下,CHF随加热比变化趋势与低含汽率的相反。     

竖直圆管内向上流动的干涸实验研究

在直径为8.2 mm的竖直向上均匀加热圆管上进行了干涸型临界热流密度实验研究,加热长度2.4 m,压力3.2～19.7 MPa,质量流速963～2 707 kg/（m²•s）,进口欠热度34～213 ℃,出口含汽率0.11～0.78。研究发现：临界热流密度随进口欠热度、质量流速的增加而线性增加,随出口含汽率的增加而迅速减小。通过对临界气液两相参数的分析发现,本实验参数范围内,蒸汽速度是导致干涸的主要原因。当达到临界蒸汽速度时,近壁面液体消失触发临界。随压力的增加,表面张力逐渐减小,液膜更易被撕裂,因而临界蒸汽速度随压力的增加而减小。从高压实验数据出发得到临界蒸汽速度U_cr,参考Steen和Wallis推荐的夹带开始速度U₀,建立了预测临界蒸汽速度的模型：U_cr=25U₀+4。利用低压实验数据对预测模型进行了验证,符合较好。     

Orientation Effects on Critical Heat Flux due to Flooding in Thin Rectangular Channel

Forced convective critical heat flux (CHF) in a rectangular channel that depended on an inclination angle was investigated. The experiment has been performed with a one side-heated thin rectangular channel under the atmospheric pressure with the inclination angle varying from 10° to 90° and mass flux from 0 to 400 kg/m²·s. The CHF was found to decrease with the inclination angle remarkably at low mass flux. Flooding CHF analysis was carried out based on the result of flow visualization in the channel, and the incorporation of inclination angle into a model was proposed. A comparison of the model prediction with experimental results showed good agreement between the measured and predicted CHF with varying inclination angle. The model was combined with a conventional CHF correlation for evaluation of mass flux, and finally a forced convective CHF correlation for an inclined thin rectangular channel was proposed.     

矩形通道几何尺寸偏差对热工水力特性的影响

与圆管和棒束几何通道相比,板型元件窄边的几何尺寸偏差对流道流通截面积影响较大。本文以某一尺寸为例,定量评估了矩形通道窄尺寸偏差对热工水力特性（流动压降和ＣＨＦ）的影响。通道尺寸对压降的影响主要表现在当造成热通道含汽后,即使含汽量只有１％,从单相压降向两相压降变化造成的流量偏离仍可达１１％。在单相区,窄边偏差０．１ｍｍ对流量的影响一般不超过４．０％。对ＣＨＦ的影响则与所使用的公式有关,对于本文所选Ｃ     

基于加热壁面能量平衡的窄矩形通道内CHF机理模型

窄矩形通道因具有结构紧凑、换热面积大等优点而被广泛应用于各个领域。通过完善窄矩形通道中临界热流密度（CHF）的预测方法,建立CHF机理模型,可以提高反应堆的安全性和经济性。本文对窄矩形通道内竖直向上流动CHF进行了可视化实验研究,在此基础上开发了一种基于加热壁面能量平衡的CHF机理模型,并提供一组本构关系用于封闭所开发的新模型,同时使用实验数据对新模型进行对比评价,对比结果发现,新模型在窄矩形通道中模拟结果良好,偏差基本都在±20%之间。     

Numerical study on effect of gap width of narrow rectangular channel on critical heat flux enhancement

According to the flow passage characteristic of narrow rectangular channel and liquid film dry-out mechanics of annular flow critical heat flux (CHF), an annular flow CHF analytical model for narrow rectangular channel has been achieved. This model may be used to predict the CHF behavior of boiling two-phase flow in narrow rectangular channel with gap width of not being less than 0.0005 m (the equivalent diameter of this channel is 0.001 m). Through analyzing and calculating, when the inlet dimensionless gap width of narrow rectangular channel is within 30-85, the enhancement of CHF in channel is obvious. At the same time, according to the characteristic of two-phase flow, the new determinant laws of CHF in boiling two-phase flow system have been derived. Through analyzing and calculating, it is substantial that this determinant laws is appropriate. The best dimensionless gap width of heat flux enhancement has been achieved to be 45-75.     

摇摆条件下矩形通道内冷却剂温度与流场分析

运用流体计算软件模拟计算和分析了处于船用反应堆某处的矩形冷却剂通道在随船体摇摆运动时冷却剂的温度和流场。在计算过程中,考虑了由于船体摇摆运动而引起的流量孔板流量分配的变化对矩形通道入口速度的影响。由计算结果发现,在船体摇摆过程中,通道内冷却剂温度和流场是由船体运动而造成的通道入口冷却剂平均流速变化和通道随船体摇摆共同作用的结果。当通道入口冷却剂平均流速变化较大时,通道内冷却剂温度和流场的变化主要体现了冷却剂流量变化;而当通道入口冷却剂平均流速变化较小时,通道随船体摇摆对冷却剂温度和流场的影响明显。     

Mass velocity and cold-wall effects on critical heat flux in an advanced light water reactor

The characteristics of Critical Heat Flux (CHF) were investigated for a square array of rod bundles which could possibly be loaded into an integral-type advanced light water reactor. The parametric effects of the mass velocity and the unheated rod were examined by conducting CHF experiments with 5 × 5 test bundles in a Freon-loop. The influence of a cold wall on the CHF was interpreted by introducing a simple phenomenological model which accounts for the influence of a thermal mixing inside the boiling channel. A local parameter CHF correlation applicable to an integral-type reactor was developed from the CHF data base for square-arrayed rod bundles. The local thermal–hydraulic conditions calculated by the subchannel analysis code MATRA were used for the optimization of the correlation coefficients. Correction factors for the low mass velocity, spacer grids, and the non-uniform axial power shapes have been devised which reflected the results of the data assessment and the experimental observations. As a result of the thermal margin evaluation at steady state conditions, it was revealed that the integral-type reactor core has a greater DNBR margin than a typical 1000 MW_e PWR core.     

均匀加热竖直管内强迫对流临界热流密度的实验研究

利用氟里昂－１２作为工作流体，对于均匀加热竖直管内强迫对流的临界热流密度（ＣＨＦ）进行了实验研究。在比较广泛的参数范围内对质量流速Ｇ，压力Ｐ和热平衡干度Ｘ对ＣＨＦ的影响进行了探讨。结果表明，干度和质量流速对ＣＨＦ的影响规律与其他作者获得的结果相类似。但压力对ＣＨＦ的影响规律比较复杂。压力的影响与质量流速、干度密切相关。即在不同的质量流速和不同的干度下，压力影响规律不同。当质量流速较高时，在低干度区ＣＨＦ随压力的升高而降低，干度较高时，ＣＨＦ随压力升高而增大。