窄矩形通道內(nèi)兩相流動實驗研究與數(shù)值模擬.pdf

1、如今核動力裝置在提供一定功率的同時,趨于小型化設(shè)計。相比較圓形通道，矩形通道的特點是布置緊湊、傳熱特性好，可滿足核動力裝置換熱設(shè)備小型化的要求，但其流動阻力也相對較大。本文從實驗和數(shù)值模擬兩方面著手對常溫常壓下水平窄矩形通道內(nèi)氣-水兩相流動特性進行研究。
　　針對截面尺寸為40mm×3mm的水平窄矩形通道，通過可視化實驗研究通道內(nèi)不同流型特征以及局部空泡份額的分布規(guī)律。實驗中觀察到泡狀流、彈狀流和攪混流三種流型，區(qū)別于常規(guī)通道，氣

2、泡形狀變形嚴重，極不規(guī)則。不同流型沿流道寬邊方向上的局部空泡份額分布規(guī)律不同，其中泡狀流局部空泡份額較小，一般在0.3以下，在距離流道中心兩側(cè)約10mm位置處空泡份額會有較為突出的兩個峰值。兩相摩擦阻力實驗值與均相流模型、Mishima-Hibiki模型和Lee-Lee模型的預(yù)測值符合較好，平均相對誤差均在15％以內(nèi)。基于VOF模型，對窄通道內(nèi)兩相流動進行數(shù)值模擬，模擬結(jié)果與實驗結(jié)果對比，各流型特征符合較好，并針對彈狀流的流場結(jié)構(gòu)進行了

3、分析。
　　對于突擴比為1:4的窄矩形突擴流道，通過顆粒圖像測速實驗研究突擴段的流場結(jié)構(gòu)，在突擴雙肩處觀測到了流動分離產(chǎn)生的渦旋運動。在實驗的基礎(chǔ)上，對窄矩形突擴流道內(nèi)單相流動進行數(shù)值模擬，結(jié)果顯示不同于圓形突擴通道，流經(jīng)窄矩形突擴段時為復(fù)雜的非定常流動。在兩相突擴流動的數(shù)值模擬中，單個大氣泡的運動變化更直觀地反映了突擴段的流場分布。對于突擴流道上游為彈狀流的流動模擬顯示，彈狀流流經(jīng)突擴段后被打碎，以泡狀流的形式向下游發(fā)展，在發(fā)展