竖直矩形窄缝通道内单个空气泡尾流特性的实验研究

采用粒子图像测速仪(PIV)测量流场的速度分布,对空气泡在矩形窄缝通道内上升的尾流特性进行了研究,分析入口平均流速和气泡直径对空气泡最终上升速度、尾流结构以及尾流场速度分布的影响。实验结果表明:气泡的最终上升速度随气泡直径的增加先减小后增加,随入口平均流速的增加而增加;尾流结构特性随着气泡直径的增加而改变,且扰动从流道中心向流道壁面转移;入口平均流速的增加导致气泡的尾流结构简化,尾流场扰动变小;在距离气泡尾部小于1.0 W(W为流道宽度,mm)的范围内,流场扰动明显,在大于1.0 W的范围,扰动减弱。     

窄缝通道内过冷条件下单蒸汽泡尾流特性实验研究

单蒸汽泡尾流特性是影响窄缝通道内蒸汽-水两相流流型形成与演变的关键因素,本文采用粒子图像测速仪PIV和Insight3G后处理软件,对窄缝通道内过冷条件下单蒸汽泡的尾流特性进行研究,获得窄缝通道内单蒸汽泡的尾流特性。实验结果表明,单蒸汽泡冷凝上升过程中,其尾流均为涡交替脱落的不对称尾流结构;汽泡直径越大,涡越细长,涡强度越大,大直径蒸汽泡的尾流对周围汽泡的作用更强;流道间隙减小,则尾流中涡强度降低,流体速度减小,尾流对周围汽泡的影响会相应减弱。单蒸汽泡尾流特性为构建窄缝通道内蒸汽-水两相流模型提供基础支持。      

竖直矩形窄缝通道内静水条件下气泡运动特性实验研究

基于图像自动识别方法对矩形窄缝通道(2 mm×60 mm×790 mm)内常温常压静态流体中的气泡运动特性进行可视化实验研究,获得不同气泡当量直径对应的气泡形态和运动速度;定量分析气泡运动速度与气泡当量直径间的关系,并基于本研究获得的实验数据对现有关于气泡运动速度的预测关系式进行定量评价。     

过冷度对窄缝通道内单蒸汽泡运动特性影响的实验研究

对窄缝通道内过冷条件下单蒸汽泡运动特性进行了实验研究,分析了过冷度对单蒸汽泡运动特性的影响。实验结果表明,过冷条件下,单蒸汽泡在上升过程中,其尺寸不断减小,形状也不断改变;单蒸汽泡界面存在冷凝现象,过冷度越大,直径减小越快,同一直径蒸汽泡的纵横比在一个范围内波动;过冷条件下,单蒸汽泡的z向速度和x向速度都随着直径的增大先增加后减小,均在直径约10 mm时具有最大值;单蒸汽泡z向速度则随着过冷度的增大而增大,而x向速度在零上下波动,随过冷度增大略有增大。过冷度会影响窄缝通道内单蒸汽泡的行为特性,并进一步影响流型形成与演变。      

矩形窄缝通道内单相水流动特性研究

通过理论分析,得到了计算矩形窄缝通道单相层流摩阻系数的公式。对小高宽比矩形窄缝通道内的流动特性进行了实验研究,结果表明：矩形窄缝通道内单相摩阻系数随Re变化的曲线和圆管有相同的趋势,但圆管流动摩阻公式不适用于矩形窄缝通道。矩形通道内摩阻系数与Re和通道截面高宽比有关,通道高宽比越小,摩阻系数越大。实验结果和理论推导结论一致。从截面湿周和切向应力两方面解释了高宽比对矩形窄缝通道内单相水层流摩阻特性的影响机理。     

矩形窄缝通道内泡状流—弹状流流型转变准则研究

在两相流系统中,流型影响系统的摩擦阻力和传热等特性,准确判定不同流型对于两相流的计算具有重要意义。对于窄缝通道内的气液两相流动,特别是矩形窄缝通道内流型转变准则,已有学者进行了一定的实验研究,但由于实验装置及工况的限制,目前尚缺乏统一且适用性较广的流型转变准则,已有的基于矩形通道的流型判定准则适用性也有待于进一步评估。本文以空气-水为工质,对竖直矩形窄缝通道内泡状流-弹状流流型转变准则进行分析研究,基于1 168个流型实验数据,采用分界成功率对已有转变准则对于实验数据的适用性进行定量综合评价,并针对流型转变原理开展理论分析,引入无量纲数约束因子Co,建立考虑工质物性和流道尺寸、精度更高、适用范围更广的窄缝通道内泡状流-弹状流流型转变准则。本文结论可为反应堆换热元件和紧凑式换热器设计计算提供依据。     

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。     

摇摆状态下窄矩形通道内两相流流型特性研究

以空气和水为工质,在40mm×1.6mm的窄矩形通道内对竖直状态和摇摆状态下两相流流型进行了研究。流型由拍摄照片辨别,实验通道内观察到的流型有泡状流、弹状流、搅混流和环状流,绘制出窄矩形通道内的流型图,并与常规尺寸圆管内两相流型进行了对比。摇摆对窄矩形通道内流型的影响与常规尺寸圆管相似,但由于狭小空间的限制及表面张力的作用,摇摆对两相流动并无明显影响。     

竖直矩形窄缝通道内过冷沸腾传热特性的实验研究

以去离子水为工质,在进口压力为0.1～0.3 MPa、质量流速为200～1400 kg·m^-2·s^-1、热流密度为20～320k W·m^-2的参数范围内,对截面参数为50mm×2mm的竖直矩形窄缝通道展开了传热实验研究。实验获得通道内部工质由单相状态到过冷沸腾状态的传热过程曲线,将过冷沸腾段实验值与8个经验公式提供的预测值进行了对比与分析,采用相似原理以及回归分析法,建立了适用于竖直矩形窄缝通道的过冷沸腾准则关系式。研究结果表明,在竖直矩形窄缝通道内,热流密度对过冷沸腾传热具有主导作用;对于本实验的窄缝通道,Bertsch传热公式对于过冷沸腾段的预测效果相较于其他公式更好,本研究所建立的准则关系式与实验数据符合良好。因此,本研究建立的公式能够用于竖直矩形窄缝通道过冷沸腾传热系数的预测。     

矩形窄缝通道内单相强迫循环传热特性分析

对冷却剂平均温度恒定运行模式下矩形窄缝通道内的传热特性进行实验及理论分析。结果表明,在层流区,壁面与流体的传热温差随着雷诺数线性增长,而在紊流区,雷诺数变化对传热温差的影响非常小。通过分析传热机理分别解释了上述现象;出、入口流体温差越大,努赛尔数越小,出、入口流体温差影响换热特性的主要原因是改变了粘性底层中热阻所占的比例。     

竖直矩形窄流道内空泡行为对压降的影响特性

对竖直矩形窄流道内的沸腾流动开展可视化实验研究,以探讨空泡行为对压降的影响特性。研究发现:在相同热工参数下,窄流道内的大量汽泡产生(OSV)点会早于常规流道出现。基于实验研究结果建立了计算窄流道内真实干度和空泡份额的关系式。窄流道内的空泡行为对压降有着重要的影响,且汽团形成会很容易造成窄流道的阻塞;然而,流道出口空泡份额的增加并不会导致总压降的单调性增加。     

竖直窄流道内过冷流动沸腾的汽泡生长过程流场特性分析

采用VOF模型建立了过冷流动沸腾中的汽泡生长模型,使用UDF接口自编程序,对汽泡生长过程进行了数值模拟。考虑了主流速度、主流过冷度、壁面过热度、汽-液接触角等对汽泡生长过程的影响,获得了过冷流动沸腾条件下汽泡生长曲线,并与相应实验条件下的实验结果进行了对比,同时对汽泡的生长过程中的汽泡内外的流场进行了分析。     

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。     

窄流道内过冷流动沸腾条件下汽泡滑移特性研究

对竖直矩形窄流道内的汽泡滑移进行可视化实验,得到汽泡滑移运动的特性和滑移距离随工况变化的特性.建立基于能量平衡的热量分析模型,研究汽泡滑移对换热特性的影响.分析表明,滑移运动的汽泡比周期性固定生长的汽泡所引起的强化换热效果更显著.本文引入滑移汽泡扰动强度的概念,提出了滑移汽泡和固定汽泡扰动所导致的热流密度表达式,并分析...     

窄矩形通道内汽泡聚合行为研究

采用实验方法对窄矩形通道内过冷沸腾时的汽泡聚合行为进行了可视化研究。矩形通道的尺寸为2 mm×40 mm×700 mm。实验参数为：实验段入口处绝对压力p_in=0.55 MPa,入口过冷度Δt_in=31 ℃,质量流速G=516 kg/(m²•s),平均速度v=0.52 m/s。采用高速摄影仪对实验流道进行拍摄,拍摄速度为5 000帧/s。将汽泡聚合过程分为4个阶段：靠近、融合、调整和稳定阶段。发现聚合后的汽泡运动速度会先增大再减小,最后趋于稳定。调整阶段汽泡形态不断变化,椭球形、圆形交替出现;伴随着形变,聚合汽泡的角度、长短轴长也会有相应的变化。最后发现在汽泡聚合过程中会诱导出一个新的小汽泡。     

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。     

竖直矩形窄缝通道内近壁滑移汽泡运动特征研究

采用高速摄像仪从宽面和窄面立体可视化观察了滑移汽泡的运动特征.研究结果表明:汽泡脱离核化点后都沿加热面平行滑移,在低热流密度下存在典型滑移汽泡现象.滑移汽泡形状总体呈球形,其前后接触角相差不大.汽泡脱离后初始一段时间内,滑移汽泡速度增加的较快,一定时间后,其速度值超过了当地流体速度.随着运动时间的继续增加,滑移汽泡基本...