海洋核反應(yīng)堆在海洋中受到風(fēng)、浪、涌等影響,將產(chǎn)生傾斜、起伏和搖擺等一系列典型海洋運(yùn)動,對核反應(yīng)堆冷卻劑的流動傳熱特性將有很大影響,而這種影響在堆內(nèi)冷卻劑兩相流動中尤為顯著。環(huán)狀流作為氣液兩相流中的一種重要流型,是涉及與環(huán)狀流相關(guān)的反應(yīng)堆安全分析的基礎(chǔ)。因此,準(zhǔn)確掌握運(yùn)動條件下堆內(nèi)冷卻劑處于環(huán)狀流時的流動傳熱特性,對反應(yīng)堆裝置在海洋條件下的安全有重要作用。漂移流模型與兩流體模型因其實(shí)用性與計算精度高,被廣泛應(yīng)用于兩相流流動傳熱的計算。為了將漂移流模型與兩流體模型用于獲取運(yùn)動條件下核反應(yīng)堆冷卻劑處于環(huán)狀流時的流動傳熱特性,需完善漂移流模型與兩流體模型在運(yùn)動條件下相對應(yīng)的界面輸運(yùn)模型。本文在空氣-水兩相實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的高速攝像環(huán)狀流液膜測量的基礎(chǔ)上,通過可視化圖像處理,獲得了環(huán)狀流液膜特征,并討論了液膜厚度與液膜波動特性的影響因素與變化規(guī)律;通過考慮氣芯的夾帶機(jī)制,工質(zhì)的物性和氣液流速,提出了液膜厚度的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式,該關(guān)聯(lián)式的預(yù)測精度在?20%以內(nèi);基于界面剪切擾動波的形成機(jī)制,考慮氣液界面的不穩(wěn)定以及受力平衡等因素,提出了剪切擾動波波高與波速的機(jī)理模型,與實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較,預(yù)測誤差均在?25%以內(nèi);考慮環(huán)狀流液膜波動特性、液滴夾帶與沉積,獲得了環(huán)狀流界面剪切力模型,模型的最大相對誤差在±25%以內(nèi),能較好的預(yù)測不同模型計算得到的界面剪切力。根據(jù)漂移流速度的定義,結(jié)合一維動量方程,從理論上推導(dǎo)并獲得了環(huán)狀流的一維漂移流速度模型,模型與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)之間的誤差在?25%以內(nèi);考慮運(yùn)動條件下對兩相流的影響機(jī)制,獲得了運(yùn)動條件下環(huán)狀流漂移流速度的修正模型,并且模型與數(shù)值模擬結(jié)果較為吻合。基于文獻(xiàn)中的可視化實(shí)驗(yàn)結(jié)果的再分析,獲得了氣泡聚合模型,包括氣泡碰撞聚合模型與氣泡尾渦夾帶聚合模型。結(jié)合小尺寸氣泡之間的相互作用機(jī)制(包括氣泡碰撞聚合、尾渦夾帶聚合與氣泡湍動渦旋破碎),從理論上推導(dǎo)并獲得了小氣泡界面濃度輸運(yùn)源項(xiàng),封閉了小氣泡界面濃度輸運(yùn)方程;討論了流道截面形狀對小氣泡界面濃度輸運(yùn)源項(xiàng)的影響,獲得了矩形流道小氣泡界面濃度輸運(yùn)方程,并通過MATLAB程序結(jié)合界面濃度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對所得到的小氣泡界面濃度輸運(yùn)方程進(jìn)行了驗(yàn)證�？紤]隨機(jī)碰撞引起的氣泡聚合和湍動渦旋引起的氣泡破碎對于界面輸運(yùn)源項(xiàng)的影響,并考慮運(yùn)動造成的界面濃度源項(xiàng)在截面上的不均勻性,采用不均勻分布參數(shù)來考慮運(yùn)動造成的界面濃度源項(xiàng)截面不均勻性,得到了運(yùn)動條件下一維界面濃度輸運(yùn)方程;通過在系統(tǒng)程序RELAP5中嵌入一維界面濃度輸運(yùn)方程,實(shí)現(xiàn)了界面濃度輸運(yùn)方程耦合兩流體模型的求解,并通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了嵌入界面濃度輸運(yùn)方程的RELAP5程序的計算精度�；赗ELAP5系統(tǒng)程序,發(fā)展了運(yùn)動條件下的熱工分析程序,并在該系統(tǒng)程序中嵌入和驗(yàn)證了運(yùn)動條件的一維界面濃度輸運(yùn)方程。
【學(xué)位單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2016
【中圖分類】：TK124;TM623.2
【部分圖文】：

種不同組分[49]，即如圖1.1所示的小氣泡（group one氣泡）和大氣泡（group two氣泡）。圖1.1 氣泡分組示意圖Fig. 1.1 Categorization of bubble groups基于上述兩種不同的氣泡分組，Ishii[85]提出了兩套不同的界面濃度輸運(yùn)方程。小氣泡界面濃度輸運(yùn)方程適用于氣泡通過相互作用后仍然保持與之前相類似形狀、大小的兩相流系統(tǒng)，而大氣泡界面濃度輸運(yùn)方程用于氣泡通過相互作用后形狀、大小變化較大的兩相流系統(tǒng)。需注意的是，大氣泡界面濃度輸運(yùn)方程中盡管不同組類的氣泡的溫度、壓力相差不大，但是其對應(yīng)的速度不同。因此，在采用大氣泡界面濃度輸運(yùn)方程時，兩流體模型中的質(zhì)量、動量守恒方程需要進(jìn)行修改。Sun[59]與Ishii[85]基于大氣泡界面濃度輸運(yùn)方程，提出了修正的兩流體模型。小氣泡界面濃度輸運(yùn)方程是由 Wu 等[86]和 Kim[77]推導(dǎo)并建立。Wu 等在絕熱條件中考慮三種氣泡之間的相互作用，即隨機(jī)碰撞引起的氣泡聚合、尾翼夾帶引起的氣泡聚合和湍動渦旋引起的氣泡破碎。將方程（1.3）簡化后有：gg g

2.2 實(shí)驗(yàn)方法和手段2.2.1 高速攝像圖2.2 高速攝像系統(tǒng)Fig. 2.2 High-speed videos system高速攝像法能夠以很高的拍攝幀數(shù)對環(huán)狀流的瞬態(tài)流動進(jìn)行動態(tài)記錄，并能夠獲得細(xì)致的環(huán)狀流界面特征。因此，高速攝像法所獲得的結(jié)果能為其他測量手段獲得數(shù)據(jù)提供直觀的現(xiàn)象解釋，并且，這些現(xiàn)象是兩相流模型假設(shè)的重要依據(jù)。本實(shí)驗(yàn)采用由高速攝像儀組成的可視化測量系統(tǒng)，結(jié)合可視化圖片的后處理，旨在獲取環(huán)狀流中氣液兩相的相互作用機(jī)制以及氣液兩相界面特性。如圖2.2所示為

23圖 3.1 環(huán)狀流液膜特征Fig. 3.1 Characteristic of liquid film in 厚度模型狀流液膜可視化圖像處理環(huán)狀流液膜厚度的測量，根據(jù) Snoek 等[100]的學(xué)法與射線法。高速攝影法利用高速攝影對氣錄，然后對所得的圖像及信號進(jìn)行分析，也。高速攝影法能夠以很高的速度對界面進(jìn)行細(xì)致的結(jié)構(gòu)，這是其它方法所不及的。鑒于像儀對垂直上升管氣液環(huán)狀流進(jìn)行拍攝，通過

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

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1 范廣銘;搖擺狀態(tài)下兩相流特性研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2006年

本文編號：2825554