周期力場作用下矩形通道內流動傳熱與特性研究.pdf

1、當反應堆在受到周期性變化的外力場作用時,系統(tǒng)內的熱工水力特性將受其影響而表現(xiàn)一系列變化,進而對反應堆運行特性產生影響。因此本文對豎直靜止及搖擺狀態(tài)周期力場作用下窄間隙矩形通道內的流動傳熱特性分別進行了理論分析、數(shù)值計算及實驗研究。
　　豎直靜止狀態(tài)下矩形通道內熱工水力特性研究表明,矩形通道層流-湍流轉捩雷諾數(shù)隨高寬比增大而減小,而加熱會導致層流-湍流轉捩延遲。窄間隙矩形通道內的過冷沸騰傳熱特性與大尺寸流道經(jīng)驗關系式存在較大差異,本

2、文通過引入流動沸騰-池式沸騰汽泡脫離直徑比,建立了矩形通道過冷沸騰傳熱計算模型,并在實驗基礎上提出了矩形通道內單相及沸騰壓降及傳熱計算關系式。
　　搖擺狀態(tài)周期力場作用下的單相流量脈動特性受驅動力、周期力場及阻力特性的影響,當驅動力大于10倍周期力場時,流量將不會出現(xiàn)顯著的變化,而在驅動力足以引起流量出現(xiàn)變化條件下,當通過增加回路阻力減小流量時,流量脈動幅度隨平均流量減小而減小,當通過降低驅動力減小流量時,流量脈動幅度隨平均流量減

3、小而增大。當流量沒有出現(xiàn)顯著變化時,徑向周期力場引起二次流對矩形通道內流動傳熱特性的影響隨窄邊尺寸增加而增大,對于截面尺寸為2×40mm的矩形通道而言,數(shù)值計算及實驗研究均表明徑向周期力場引起二次流變化不足以引起宏觀流動傳熱特性發(fā)生變化,因此其影響可以完全忽略,而實驗研究也證實搖擺狀態(tài)周期力場下矩形通道內的流動傳熱特性與豎直靜止狀態(tài)完全一致。此外,實驗研究還表明當徑向周期力場的作用可以忽略時,搖擺狀態(tài)周期力場誘發(fā)的流量脈動與變驅動力引起

4、的脈動流流動傳熱特性具有一致性,而流量脈動引起的速度徑向分布改變將導致流動傳熱特性與豎直靜止狀態(tài)存在差異。在實驗過程中還采用改變驅動力實現(xiàn)流量調節(jié)的方式下獲得了當前實驗回路流量脈動幅度與平均流量及搖擺運動參數(shù)的關系,分析了阻力傳熱脈動幅度與流量脈動幅度之間的關系,建立了搖擺狀態(tài)周期力場作用下的脈動流阻力傳熱計算關系式。
　　搖擺狀態(tài)周期力場作用下沸騰壓降及傳熱特性實驗研究表明質量流速變化規(guī)律與實驗段出口含氣率密切相關,在低出口含氣

5、率區(qū)域,搖擺運動引起的周期性附加慣性力場并未引起沸騰壓降及傳熱特性發(fā)生變化,因此該狀態(tài)下的沸騰壓降及傳熱特性與豎直靜止狀態(tài)相同;當出口含氣率達到一定程度后,搖擺狀態(tài)下系統(tǒng)空間位置改變引起浮升力在非慣性系中的作用方向及大小發(fā)生周期性變化,進而引起汽泡在冷凝器入口處周期性壅塞并引起流道內壓力出現(xiàn)變化、沸騰強度及沸騰質量流速周期性的脈動;由于摩擦壓降主要與質量含氣率相關,因此豎直靜止狀態(tài)下的關系式仍具有適用性,但質量流量脈動導致飽和沸騰傳熱特