管束通道內(nèi)單相及兩相沸騰換熱特性及流動特性的研究.pdf

1、汽液兩相流動與傳熱問題廣泛存在于動力工業(yè)、化學(xué)工業(yè)、石油工業(yè)以及各種加工工業(yè)的換熱設(shè)備中。其中反應(yīng)堆堆芯的熱工水力分析，蒸汽發(fā)生器內(nèi)的流動與傳熱，汽輪機與凝汽器內(nèi)的流動與傳熱都是典型的汽液兩相流問題。管束通道內(nèi)流動和傳熱特性的研究在提高蒸汽發(fā)生器和反應(yīng)堆燃料棒束的安全性和經(jīng)濟性等方面都有著重要的現(xiàn)實意義。本課題通過理論和實驗研究，對管束間狹窄通道這一特殊流道結(jié)構(gòu)內(nèi)的流動、傳熱及流型轉(zhuǎn)變特性進(jìn)行深入探討，從而為實際工程設(shè)計及應(yīng)用提供參考依

2、據(jù)。 在參考大量國內(nèi)外文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合本課題組多年來開展汽液兩相流流動特性的研究成果，在國家自然科學(xué)基金(50476015)的支持下，進(jìn)行了管束通道沸騰流動換熱實驗臺搭建，分別對不同傾斜角度的管束通道進(jìn)行了單相和兩相沸騰流動阻力特性、換熱特性以及過冷沸騰起始點和沸騰兩相流型轉(zhuǎn)變特性的實驗研究和理論分析，研究工作主要內(nèi)容及結(jié)果如下： (1)鑒于大多數(shù)沸騰起始點研究都是針對管內(nèi)對流傳熱的研究情況，本文在可傾斜多相流動沸騰實

3、驗裝置上進(jìn)行了垂直和傾斜管束通道內(nèi)沸騰起始點的研究，通過改變管束通道的傾斜角度，探討了傾角對管束通道沸騰起始點的影響規(guī)律。通過改變管束通道的流道尺寸、質(zhì)量流速、加熱密度等，分析研究了這些因素對沸騰起始點的影響；建立了垂直及傾斜管束通道內(nèi)過冷沸騰起始點高度的計算公式；得出了管束通道內(nèi)過冷沸騰起始點產(chǎn)生條件，擬合了適用于管束通道內(nèi)過冷沸騰起始點計算式，為管束通道內(nèi)沸騰兩相流動和換熱研究提供了定量參數(shù)。 (2)鑒于大多數(shù)兩相流流型研究

4、都是針對圓管、環(huán)形通道或微通道，而管束通道截面的復(fù)雜結(jié)構(gòu)對兩相流型及其轉(zhuǎn)變有很大影響，本文對管束通道內(nèi)的沸騰兩相流流型進(jìn)行了實驗觀測，利用高速攝像技術(shù)，獲得了管束通道內(nèi)汽-液兩相流的流型，并對其兩相流型的轉(zhuǎn)變特性進(jìn)行研究，分析了管束通道的結(jié)構(gòu)尺寸對流型及其轉(zhuǎn)變的影響，在此基礎(chǔ)上對管束通道內(nèi)沸騰兩相流型與圓管中流型的差異進(jìn)行比較、分析。 (3)對垂直和傾斜管束通道內(nèi)的單相及兩相沸騰換熱特性進(jìn)行實驗研究，分析了管束通道與普通圓管通道

5、內(nèi)換熱特性的差異。采用兩種不同方法對單相換熱及沸騰換熱特性的進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，分析了不同數(shù)據(jù)整理方法所得平均換熱系數(shù)的差別；另外，實驗結(jié)果表明管束通道內(nèi)單相對流換熱從層流到紊流的轉(zhuǎn)變明顯比普通圓管內(nèi)的轉(zhuǎn)變提前；在實驗的基礎(chǔ)上對流道尺寸、質(zhì)量流速、加熱功率、流動方向、Bo數(shù)、Nconf數(shù)、加熱方位等因素對管束通道內(nèi)單相及沸騰換熱的影響進(jìn)行分析，得到了可用于管束通道內(nèi)單相對流換熱及沸騰換熱的計算式，并與國內(nèi)外學(xué)者所得結(jié)論進(jìn)行了對比分析。

6、 (4)對垂直和傾斜管束通道內(nèi)的單相及兩相沸騰流動阻力特性進(jìn)行實驗研究，探討了管束通道內(nèi)流動阻力特性與普通圓管或環(huán)形通道內(nèi)的流動阻力特性之間的差異，對不同因素對管束通道內(nèi)流動阻力及沸騰壓降的影響進(jìn)行分析，在此基礎(chǔ)上對Chisholm關(guān)系式和Tran關(guān)系式進(jìn)行了修正，得出了可用于計算管束間通道內(nèi)單相流動摩擦阻力及沸騰摩擦壓降的實驗關(guān)聯(lián)式，為管束通道換熱設(shè)備的計算、設(shè)計提供參數(shù)。 (5)根據(jù)管束通道的結(jié)構(gòu)尺寸建立了描述管束通道中流動