【摘要】：在核動力反應(yīng)堆熱工水力設(shè)計中,需要使用CFD軟件對堆芯內(nèi)熱工水力參數(shù)進行計算,而目前CFD軟件中的壁面熱流分配模型都是針對于常規(guī)通道建立的,且模型中使用的汽泡參數(shù)多在池式沸騰條件下提出,而窄矩形通道中的汽泡行為異于常規(guī)通道,因此若想提高堆芯熱工水力設(shè)計計算精度,達到精細化設(shè)計的要求,需要針對窄矩形通道內(nèi)壁面熱流分配開展深入的實驗研究,提出適用于窄矩形通道的壁面熱流分配模型。為了觀察窄矩形通道中汽泡行為并分析壁面熱流分配特點,實驗中壓力的范圍是0.1-0.5 MPa,入口過冷度的變化范圍是20 K-60 K,質(zhì)量流速的變化范圍是400-1600kg/(m~2·s),熱流密度的變化范圍是100-650 kW/m~2,采用高速攝影儀拍攝窄矩形通道內(nèi)過冷流動沸騰時的汽泡行為,采用自動化圖像處理技術(shù)處理汽泡視頻,獲得汽泡位置、汽泡直徑和汽泡速度等基本汽泡參數(shù)。實驗中觀察到窄矩形通道加熱壁面產(chǎn)生兩類汽泡:浮升型汽泡和滑移型汽泡,壁面過熱度和壓力對兩類汽泡的數(shù)量占比有顯著影響,而且兩類汽泡的汽泡直徑均與生長時間呈冪數(shù)關(guān)系;自動化算法處理汽泡基本參數(shù)處理來獲得汽泡特征參數(shù):隨著壁面過熱度的增加,汽化核心密度、汽泡直徑、汽泡速度和汽泡密度都有所增加;系統(tǒng)壓力、液體過冷度和流量對汽化核心密度沒有影響;而液體過冷度越高,汽泡脫離直徑和浮升直徑越小,同時得到汽泡脫離頻率與脫離直徑的乘積為常數(shù);汽泡直徑和汽泡速度的分布為正態(tài)分布,而且隨著空泡份額的增加汽泡速度會超過液體速度。由于兩類汽泡的行為特性不同,將窄矩形通道中的壁面熱流分為三部分,即浮升型汽泡熱流密度、滑移型汽泡熱流密度、以及在汽泡影響面積之外的單相對流換熱熱流密度,考慮到兩類汽泡的數(shù)量占比,得到適用于窄矩形通道的壁面熱流分配模型,預(yù)測誤差在±30%以內(nèi),而且隨著加熱壁面過熱度的增加,浮升型汽泡和滑移型汽泡各項熱流密度都有所增加,單相對流換熱熱流密度減小,但始終占有較大比例。本文通過實驗研究和理論分析相結(jié)合的方法,確定了窄矩形通道內(nèi)汽泡行為特點,針對窄矩形通道內(nèi)的流動情況與傳熱特點建立了適用于窄矩形通道的壁面熱流分配模型,為堆芯內(nèi)的兩相流計算提供了更加準(zhǔn)確的模型,為窄矩形通道內(nèi)精細化熱工水力設(shè)計奠定了基礎(chǔ)。
【圖文】：

圖 1.1 本文主要工作示意圖首先，根據(jù)研究目標(biāo)和研究內(nèi)容，對窄矩形通道內(nèi)壁面熱流特點進行研究，確定形通道內(nèi)壁面熱流分配模型的基本形式以及確定模型所需要的熱工參數(shù)和實驗參數(shù)對所需要的實驗參數(shù)進行文獻調(diào)研，總結(jié)前人的相關(guān)參數(shù)的獲取方法，確定實驗中獲得物理量。其次，在理論分析建立壁面熱流分配模型的基礎(chǔ)上，，開展相關(guān)參數(shù)的實驗研究。窄矩形通道實驗臺，然后在不同壓力、入口過冷度、質(zhì)量流速、加熱功率的工況下窄矩形通道內(nèi)的流動沸騰實驗，研究過冷沸騰區(qū)域內(nèi)的局部換熱特性。借助可視化重點關(guān)注不同工況下過冷沸騰區(qū)域內(nèi)汽泡的核化、生長、脫離、滑移及浮升等行為通過對可視化圖像的處理，獲得汽化核心密度、氣泡脫離頻率、氣泡脫離直徑和氣升直徑等統(tǒng)計學(xué)參數(shù)，與總結(jié)得到的關(guān)系式進行對比，結(jié)合主要影響因素，擬合經(jīng)系式；或結(jié)合主要影響機理，將機理模型計算結(jié)果與實驗結(jié)果對比，分析后修改計些參數(shù)的機理模型。最后，通過深入地機理分析，明確窄矩形縫通道內(nèi)壁面熱流分配特點進一步完善

第 2 章 實驗裝置與實驗方案實驗裝置與實驗方案為了研究窄矩形通道內(nèi)加熱壁面上熱流分配情況，勢必要對通道中的汽泡行為進行研究，而觀測汽泡行為實驗方法的可靠性對后續(xù)的分析和討論有著決定性的影響。因此本章將從實驗裝置、實驗步驟、參數(shù)處理和不確定度分析這四部分對實驗部分內(nèi)容進行詳細闡述，為后文的汽泡參數(shù)計算模型的獲取和壁面熱流分配模型的建立奠定堅實可靠的基礎(chǔ)。2.1 實驗裝置為了研究窄矩形通道中的汽泡行為和壁面熱流分配情況，本實驗中采用了如圖 2.1所示的實驗回路，實驗回路中主要包括三個部分：主循環(huán)回路，輔助循環(huán)回路和可視化實驗段。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TL33

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本文編號：2688728