含內(nèi)熱源球床通道內(nèi)流動(dòng)沸騰特性研究.pdf

1、球床水冷反應(yīng)堆是一種將成熟的水冷堆技術(shù)與性能優(yōu)異的球形燃料相結(jié)合的新概念堆型，具有堆芯壽期長、建造成本低、固有安全性高及防止核擴(kuò)散等優(yōu)點(diǎn)，是一種非常具有發(fā)展前景的小型化反應(yīng)堆。反應(yīng)堆堆芯內(nèi)的發(fā)熱球形燃料元件緊密排列在燃料管內(nèi)，構(gòu)成了復(fù)雜地強(qiáng)內(nèi)熱源球床通道，深入研究通道內(nèi)的沸騰特性，將為研制安全可靠的球床水冷堆創(chuàng)造必要條件。
　　本文以水為工質(zhì)，在石英玻璃管內(nèi)填充直徑為5～12mm的表面氧化碳鋼球，采用電磁感應(yīng)方式對其進(jìn)行加熱，對核

2、態(tài)沸騰起始點(diǎn)（ONB）、汽泡行為、汽液沸騰流型及沸騰換熱進(jìn)行了研究，主要研究工作如下：
　　研究了質(zhì)量流速、局部過冷度及球徑對球床通道內(nèi)核態(tài)沸騰起始點(diǎn)時(shí)所需熱流密度的影響；通過可視化觀察及與常規(guī)通道內(nèi)核態(tài)沸騰起始點(diǎn)判定準(zhǔn)則相對比，發(fā)現(xiàn)汽泡首先出現(xiàn)在球與球相接觸的角區(qū)，并且核態(tài)沸騰起始點(diǎn)所需壁面過熱度要低于常規(guī)通道內(nèi)的值。為了在機(jī)理方面對該現(xiàn)象進(jìn)行解釋，本文通過數(shù)值計(jì)算對角區(qū)內(nèi)的溫度及速度分布進(jìn)行了研究，并基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)提出了一個(gè)關(guān)于

3、核態(tài)沸騰起始點(diǎn)判定準(zhǔn)則的關(guān)聯(lián)式；
　　根據(jù)橫向和縱向角區(qū)位置處的汽泡核化與生長情況，給出了汽泡在生長過程中的圓度變化及生長曲線，分別討論了熱流密度、角區(qū)結(jié)構(gòu)、進(jìn)口溫度和質(zhì)量流速對生長曲線的影響，并以Zuber模型為基礎(chǔ)，引入雷諾數(shù)，提出了適用于不同角區(qū)結(jié)構(gòu)處的汽泡生長模型；分析了橫向及縱向角區(qū)位置處的汽泡脫離及浮升現(xiàn)象，并提出了脫離及浮升直徑預(yù)測模型；討論了熱流密度、進(jìn)口溫度及質(zhì)量流速對汽泡周期的影響；通過觀察主流中的汽泡行為及直

4、徑大小分布，發(fā)現(xiàn)汽泡主要存在直接泯滅和再長大兩種情況，并分析了熱流密度、進(jìn)口溫度和質(zhì)量流速對汽泡直徑概率密度分布函數(shù)的影響；
　　將球床通道內(nèi)的流型劃分為泡狀流、彈狀流及環(huán)狀流，描述了各流型的特點(diǎn)，并以質(zhì)量含汽率 x為橫坐標(biāo)，進(jìn)口質(zhì)量流速G為縱坐標(biāo)繪制流型圖，分析了質(zhì)量流速和顆粒直徑對流型轉(zhuǎn)變的影響，通過引入Rep、D/dp以及x，提出了球床通道內(nèi)沸騰流型轉(zhuǎn)變界限判定準(zhǔn)則關(guān)系式；通過對流型圖像分析發(fā)現(xiàn)：汽泡聚合、破裂及生長是影響流