低压自然循环系统流动闪蒸过程流型研究

本文采用高速摄影和网格电导传感器对低压自然循环系统垂直上升段内闪蒸诱发的两相流流型演变开展研究。针对不同的流动状态,分别给出了稳定和不稳定两相流动条件下上升段内的流型种类。基于上升段内流体温度沿轴向的变化规律,确定流体温度沿轴向位置的转折点为闪蒸发生的起始位置。采用无量纲过冷数和闪蒸数,对低压自然循环系统的流动状态进行了划分;在入口过冷数小于12、闪蒸数介于4～5之间时,系统处于稳定的两相自然循环流动状态。     

HRTL-5轴向空泡份额计算

基于一维两相四方程漂移流模型,并考虑加热段欠热沸腾、上升段冷凝以及上升段闪蒸的影响,采用数值模拟的方法对5 MW低温核供热堆热工模拟回路(HRTL-5)的轴向空泡分布进行模拟计算,分析HRTL-5轴向参数分布的特性及其参数效应。结果表明:1)在HRTL-5条件下,考虑欠热沸腾、冷凝、闪蒸等因素影响的计算结果更接近实际情况;2)是否考虑加热段的欠热沸腾对于加热段出口的空泡份额以及出口的状态确定有重要影响;3)冷凝过程对于闪蒸区以及自然循环驱动力的计算有一定的影响;4)闪蒸对低压低干度自然循环系统轴向空泡份额的分布有重要影响,尤其在低压情况下。     

自然循环过冷沸腾截面平均空泡份额实验与计算方法研究

采用RBI高温高压光学探针,对自然循环过冷沸腾截面平均空泡份额进行了实验研究通过实验数据与应用较为普遍的Saha模型、Levy模型以及孙奇提出的真实质量含汽率模型计算值的比较发现．基于强迫循环实验数据的截面平均空泡份额计算模型无法适用于自然循环工况,且经过比较初步判定相同系统参数下高过冷沸腾区自然循环较强迫循环空泡份额偏高,另外,根据模型的比较分析结果对真实质量含汽率模型进行了拓展,使其可适用于自然循环过冷沸腾工况。     

竖直圆管内空泡份额径向分布特性形成机制

在常温常压下,采用光纤探针测量方法对垂直上升大圆管中空气-水两相流动的空泡份额径向分布特性及形成机制进行研究。实验选用圆管直径为100 mm,气相、液相折算速度的范围分别为0.004~0.053 m/s和0.071~0.213 m/s。结果表明空泡份额径向分布随着气-液流量的不同,呈现出"核峰"或"壁峰"型分布特点;通过分析气泡所受到的横向升力和壁面力,表明二者对气泡横向运动的综合作用是造成空泡份额径向分布呈现出"核峰"或"壁峰"型分布的主要原因。     

流动欠热沸腾空泡份额的研究

影响欠热沸腾传热的主要因素是含汽率和系统压力。系统压力直接影响加热面上汽泡的大小,从而影响壁面向液体的传热量。欠热沸腾区任一点的热平衡含汽率可由通道内的热工参数和流动参数求出,然后据此求出通道中某点的空泡份额。文中给出了计算加热通道内流动欠热沸腾区空泡份额的计算关系式,该关系式在给定的参数范围内与实验结果符合较好。     

用γ射线法测定低压低流速汽-液两相流空泡份额的试验研究

本文叙述了低压低流速下用快响应的γ射线密度计沿着环形试验流道轴向测量汽-液两相流空泡份额的试验研究。由实验结果得到了泡状流、团状流的空泡份额关系式以及汽泡脱离壁面的过热度关系式。实验的参数范围是:p=0.16—0.19MPa、试验段入口冷却剂温度和流速,T_λ=27—73.5℃,V_0=0.05—0.5m/s、热流密度q=0.1—0.86MW/m~2。实验数据系用计算机采集、贮存和处理,并对典型的流动状态录了相。     

垂直上升管内两相流空泡份额径向分布

对于两相流空泡份额分布的实验研究,通常只能在有限工况下进行,而对其基本现象的描述也仅局限于特定的实验工况。为此,本文总结分析了以往一些研究者的实验结果,对圆管内垂直上升两相流空泡份额的径向分布情况进行了比较系统的描述。根据这些结果,进一步分析得出了典型的垂直上升流中空泡份额径向分布曲线与流型的对应关系,通过与已有实验结果的比较,说明该对应关系无论从实验结果还是机理解释上都是可信的。     

用空泡份额概率密度分布识别承压管道中两相流流型

用局部空泡份额概率密度分布识别流型是一种不可视管道内两相流流型识别的方法，这种流型识别建立在流型分类的直观物理意义之上，并避免了流速的影响。本文给出了用差压传感器信号进行承压管道中局部空泡份额概率密度分布分析，进而识别汽水两相流流型的研究成果，测量仪器装置简单、可靠性高。实验研究是在核供热堆热工水力学实验系统ＨＲＴＬ－５上进行的，试验工作压力为１．５ＭＰａ，工作温度１９０℃。     

倾斜圆管内泡状流空泡份额特性实验研究

采用光纤探针测量方法对倾斜圆管(内径为50 mm)内空气-水两相泡状流空泡份额分布特性进行实验研究。结果表明,截面平均空泡份额随倾斜角度的增加而减小,倾斜角度大于5°时减小速率明显减慢;竖直条件下空泡份额径向分布呈"马鞍形",即空泡份额除在近壁区出现峰值然后迅速降低到最小值外,在其他区域几乎不随位置发生变化;倾斜条件下气泡明显向上壁面聚集,中心线上方近壁区空泡份额峰值增加,中心线下方近壁区空泡份额峰值被削弱,倾斜角度较大时甚至消失。     

空泡份额测量实验及导出关系式在核电厂瞬态分析中的应用

对含汽量和空泡份额关系式的研究是两相流研究的基本课题，含汽量和空泡份额关系式是核电站安全分析程序的基础，它对分析结果的精度有着直接的影响。本文介绍作者在日本动力堆核燃料事业开发团大洗工学中心进修期间所完成的空泡份额测量实验及其导出关系式在先进转换堆型核电站瞬态分析中的应用。     

Void Fraction and Pressure Drop in Liquid Metal Two-Phase Flow

This paper describes a new correlation for predicting a two-phase frictional pressure drop multiplier, and discusses the pressure level effects and the mass velocity effects. This correlation predicts satisfactorily the frictional pressure drop not only for liquid metals but also for ordinary fluid two-phase flow in a wide range of flow variables.

The authors' void fraction correlation previously proposed is also compared with published data of void fraction for liquid metal two-phase flow, and is found to represent well the mass velocity effects. Wettability and magnetohydrodynamic effects are discussed briefly in relation to the hydrodynamic characteristics of liquid metal two-phase flow.     

竖直圆管内泡状流空泡份额径向分布实验研究

常温常压下,采用光学探针测量方法,对圆管（内径50 mm）内空气 水两相竖直向上泡状流空泡份额的径向分布特性进行了实验研究。结果表明,竖直圆管内泡状流空泡份额的径向分布随气液两相表观流速不同而变化。液相流速较高时空泡份额分布呈“壁峰型”,即中心区域变化平缓,近壁区出现峰值后迅速降低;液相静止时,随气相流速增加,空泡份额增加速度沿径向向外逐渐减小,气相流速较大时分布呈“核峰型”,即空泡份额随径向位置向外呈减小趋势;液相流速较低时分布呈现出过渡型。探针测量面积加权平均空泡份额与通过重位压降得到的空泡份额的相对偏差小于10%。     

摇摆对气-液两相流流型及空泡份额的影响

对摇摆状态下竖直上升管内气-液两相流的流型及空泡份额变化进行了实验和理论研究.研究发现,摇摆使两相流的流型发生改变,使泡状流提前转变为弹状流,使搅混流的区域加宽.实验还发现,在弹状流型区摇摆状态下两相流的空泡份额小于非摇摆状态下的空泡份额.通过对两相流滑速比的分析并应用分相流的动量方程,合理解释了产生这种结果的原因.     

竖直圆管中泡状流含汽率径向分布的统计测量方法

为了研究竖直圆管中高含汽率泡状流的含汽率径向分布,设计了一种测量含汽率径向分布的方法.该方法通过统计投影视图中的像素信息得到泡状流的投影含汽率,根据汽泡投影重叠概率计算出截面含汽率在投影面上的边缘分布;再基于竖直圆管中含汽率分布轴对称的假设,使用改进的傅里叶级数展开方法求解Abel逆变换,计算出含汽率沿圆管径向的分布.为验证该方法的有效性,测量了较低含汽率时的泡状流径向含汽率,并与匹配方法的测量结果进行比较.实验结果表明:此方法能得到高含汽率或含汽率近壁分布等其他方法难以测量的含汽率分布.     

受热管内空泡率空间分布与流型的关系

介绍了运用RBI双探头光学探针,在加热上升管内对蒸汽-水两相流空泡率径向分布测量的情况,同时对不同实验工况下两相流流型进行了识别。根据实验结果,总结出加热上升管内空泡率径向分布与流型的关系。     

Measurement of Liquid Turbulent Structure in Bubbly Flow at Low Void Fraction Using Ultrasonic Doppler Method

Microscopic structure in bubbly flows has been a topic of interest in the study of fluid dynamics. In the present paper, the ultrasonic Doppler method was applied to the measurement of bubbly. The experiments were carried out for an air-water dispersed bubbly flow in a 20 mm × 100 mm vertical rectangular channel having a void fraction smaller than 3%. Two ultrasonic transducers were installed on the outer surface of the test section with a contact angle of 45^° off the vertical axis, one facing upward and the other facing downward. By applying statistical methods to the two directional velocity profiles, Reynolds stress profiles were calculated. Furthermore, to clarify the wake effect induced by the leading bubbles, the velocity profiles were divided into two types of data. The first one is for all of the liquid data and the other is the data which did not include the wake effect. For Re_m ≥1,593, it was observed that the bubbles suppressed the liquid turbulence. Furthermore, comparing with the Reynolds stress profiles in bubbly flow, it was found that Reynolds stress profiles varied with the amount of bubbles present in the flow and the effect of wake causes turbulence in the liquid.     

低压低流速条件下的过冷沸腾换热特性

为探究低压低流速条件下的过冷沸腾换热特性,开展本实验研究。通过分析实验中采集的热工参数和可视化图像,探究了沸腾滞后现象、沸腾失稳现象以及沸腾换热特性。实验发现沸腾起始点壁面过热度较高,而沸腾的发生大幅提高了换热系数,因此出现了显著的沸腾滞后现象。实验中较为光滑的加热面可达到较高的过热度,而低压下快速产生的气泡尺寸较大,在较低的热流密度下气液界面发生剧烈变化,使气泡破裂为多个小气泡并成为核化点。在过冷沸腾换热系数的预测中,Dittus-Boelter对流换热关系式不再适用,采用Hallman关系式和Gnielinski关系式计算对流换热系数,并引入壁面过热度对池式沸腾换热系数进行修正,可使过冷沸腾换热系数的预测精度大幅提高。