本文關(guān)鍵詞：搖擺窄矩形通道全尺寸回路單相自然循環(huán)的流動與傳熱特性數(shù)值研究

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【摘要】：論文對搖擺條件下單相水的自然循環(huán)系統(tǒng)進行了三維數(shù)值模擬研究,重點分析了搖擺條件對單相水的自然循環(huán)系統(tǒng)的流動與傳熱特性的影響。針對去離子水為工質(zhì)的矩形通道實驗段的全尺寸自然循環(huán)系統(tǒng)回路;采用ICEM構(gòu)建結(jié)構(gòu)化六面體網(wǎng)格;以Fluent求解器內(nèi)已封裝好的模型為基礎(chǔ),結(jié)合自定義函數(shù)接口加入海洋條件的數(shù)學模型,并對重力項進行相應處理,以此建立起海洋條件下單相水自然循環(huán)系統(tǒng)的仿真模型。分別對靜止和搖擺這兩個典型的海洋條件進行模擬,重點觀察了不同工況對靜止系統(tǒng)的自然循環(huán)能力的影響,以及搖擺對系統(tǒng)的自然循環(huán)能力、阻力特性、傳熱特性的影響。從總壓降中分離出摩擦壓降,分析搖擺過程中實驗段內(nèi)摩擦壓降、附加壓降的變化特點,引出影響自然循環(huán)系統(tǒng)換熱能力的關(guān)鍵因素——二次流,并透過絕對渦通量表征出二次流的強度,并以此對二次流進行了定量的分析,得出了搖擺條件下自然循環(huán)系統(tǒng)中質(zhì)量流速和表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)等參數(shù)波動曲線中極值點出現(xiàn)延遲現(xiàn)象的主要原因。通過三維CFD模擬研究得到如下結(jié)論:(1)搖擺造成自然循環(huán)系統(tǒng)的速度、壓降、加熱壁面的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)、加熱壁面溫度、實驗段出口溫度等參數(shù)周期性波動。這種波動隨著搖擺周期減小(或搖擺振幅的增大)而增大。(2)在高強度的搖擺作用下會使系統(tǒng)內(nèi)出現(xiàn)回流,回流會使系統(tǒng)內(nèi)的傳熱狀況惡化,并使回路內(nèi)流體的流動及傳熱特性變得更加復雜,以往的經(jīng)驗關(guān)系式已不再適用。(3)高強度的搖擺作用引起的回流會使系統(tǒng)加熱段內(nèi)的流體在較低的加熱功率下達到飽和,這種單相狀態(tài)在高強度的搖擺作用下必將過渡到兩相的狀態(tài)。(4)搖擺作用引起流道內(nèi)的二次流急劇增強,二次流是造成系統(tǒng)的循環(huán)速度、加熱面的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)等參數(shù)的極值點出現(xiàn)延遲現(xiàn)象的主要原因。(5)搖擺作用對自然循環(huán)系統(tǒng)循環(huán)能力的影響分為兩個方面:一方面是搖擺使系統(tǒng)回路發(fā)生傾斜,改變了系統(tǒng)的有效高差,進而改變系統(tǒng)的驅(qū)動壓頭;另一方面是搖擺產(chǎn)生的附加慣性力影響自然循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)流體的流動;本文經(jīng)定量分析之后發(fā)現(xiàn)在高強度的搖擺條件下后者的作用遠大于前者。
【關(guān)鍵詞】：搖擺運動 全尺寸回路 自然循環(huán) 數(shù)值模擬
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TK124
【目錄】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 1 緒論8-14
• 1.1 引言8-9
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀9-12
• 1.3 目前存在的不足之處12-13
• 1.4 研究目標13-14
• 2 海洋條件下自然循環(huán)系統(tǒng)的數(shù)理模型14-30
• 2.1 研究對象14
• 2.2 模型簡化及模擬計算假設14-15
• 2.3 幾何模型的建立和網(wǎng)格的繪制15-19
• 2.3.1 幾何模型介紹15-16
• 2.3.2 網(wǎng)格的選擇16-17
• 2.3.3 網(wǎng)格的繪制17-19
• 2.4 求解器的設置19-23
• 2.4.1 物性參數(shù)設置19-20
• 2.4.2 湍流模型20-21
• 2.4.3 近壁模型21-23
• 2.4.4 邊界及初始條件23
• 2.4.5 求解控制23
• 2.5 海洋條件的數(shù)學模型23-25
• 2.5.1 海洋條件的數(shù)學描述23-25
• 2.5.2 附加慣性力項的處理25
• 2.5.3 重力項處理25
• 2.6 模型的驗證25-29
• 2.6.1 概述25-26
• 2.6.2 網(wǎng)格無關(guān)性分析26-27
• 2.6.3 與系統(tǒng)程序模擬的對比27-28
• 2.6.4 海洋條件的數(shù)學模型驗證28-29
• 2.7 本章小結(jié)29-30
• 3 搖擺對自然循環(huán)流動特性影響30-54
• 3.1 工況參數(shù)對靜止單相水自然循環(huán)系統(tǒng)質(zhì)量流速的影響30-36
• 3.1.1 質(zhì)量流率的捕捉30-33
• 3.1.2 加熱功率對系統(tǒng)循環(huán)能力的影響33-35
• 3.1.3 壓力對系統(tǒng)循環(huán)能力的影響35
• 3.1.4 入口過冷度對系統(tǒng)循環(huán)能力的影響35-36
• 3.2 搖擺對單相水自然循環(huán)質(zhì)量流率的影響36-39
• 3.2.1 搖擺周期對系統(tǒng)循環(huán)能力的影響36-37
• 3.2.2 搖擺振幅對系統(tǒng)循環(huán)能力的影響37-39
• 3.3 搖擺對單相水自然循環(huán)系統(tǒng)壓降特性影響39-48
• 3.3.1 搖擺工況下實驗段內(nèi)壓降的組成39-41
• 3.3.2 搖擺對實驗段壓降的影響分析41-48
• 3.4 搖擺對單相水自然循環(huán)系統(tǒng)驅(qū)動力的影響48-51
• 3.5 本章小結(jié)51-54
• 4 搖擺對自然循環(huán)系統(tǒng)傳熱特性影響54-75
• 4.1 搖擺條件對壁面溫度的影響54-55
• 4.2 搖擺對矩形流道內(nèi)截面溫度分布的影響55-57
• 4.3 搖擺條件對出口溫度影響57-64
• 4.4 搖擺對自然循環(huán)傳熱特性影響機理分析64-72
• 4.4.1 通道內(nèi)二次流強度的描述64-69
• 4.4.2 通道內(nèi)二次流換熱機理分析69-72
• 4.5 本章小結(jié)72-75
• 5 主要結(jié)論與建議75-77
• 5.1 主要結(jié)論及創(chuàng)新點75-76
• 5.2 進一步工作與建議76-77
• 致謝77-79
• 參考文獻79-80

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本文編號：817402