自然循環(huán)系統(tǒng)作為一種典型的非能動系統(tǒng),可以提高核動力裝置的固有安全性,被應用于先進核動力反應堆系統(tǒng)。但是,受限于核動力裝置較小的可布置空間,自然循環(huán)系統(tǒng)的驅(qū)動壓頭一般較小,在搖擺條件的影響下,系統(tǒng)的熱工水力特性會發(fā)生改變,影響系統(tǒng)的運行特性。本文以實驗結(jié)合數(shù)值模擬和理論分析的方法,開展了搖擺條件下自然循環(huán)系統(tǒng)特性的研究。開展了搖擺對窄矩形通道的單相流動與傳熱特性影響的實驗研究,得到了流量與摩擦壓降間的相位關(guān)系,瞬時和時均的摩擦阻力和傳熱特性。在此基礎上,結(jié)合自主開發(fā)的系統(tǒng)分析程序的計算結(jié)果和理論分析結(jié)果,指出參數(shù)間的非線性關(guān)系是導致?lián)u擺條件下時均摩擦阻力和傳熱特性發(fā)生變化的主要影響機制。通過FLUENT軟件研究了搖擺條件下矩形通道內(nèi)的瞬時徑向速度分布和溫度分布,結(jié)合實驗結(jié)果與系統(tǒng)分析程序的計算結(jié)果的對比分析,得到了搖擺運動對瞬時摩擦阻力和傳熱特性的影響機制。開展了搖擺對單相自然循環(huán)的系統(tǒng)特性影響的實驗研究,得到了搖擺參數(shù)對流量和溫度波動的影響規(guī)律。在此基礎上,結(jié)合系統(tǒng)分析程序的計算結(jié)果,得到了流量和溫度波動特性的主要機制。并結(jié)合理論分析結(jié)果,得到了搖擺對時均流量、流量峰值和谷值的影響機... 

【文章頁數(shù)】：188 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
abstract
主要符號表
第1章 緒論
    1.1 研究背景
    1.2 海洋條件下熱工水力特性研究現(xiàn)狀
        1.2.1 海洋條件對流動阻力特性的影響研究現(xiàn)狀
        1.2.2 海洋條件對傳熱特性的影響研究現(xiàn)狀
        1.2.3 海洋條件對自然循環(huán)的系統(tǒng)特性的影響研究現(xiàn)狀
    1.3 本文主要工作
第2章 實驗裝置與實驗方案
    2.1 實驗裝置介紹
        2.1.1 搖擺臺架
        2.1.2 熱工實驗回路
        2.1.3 可視化實驗段
        2.1.4 測量系統(tǒng)
    2.2 實驗內(nèi)容與實驗步驟
        2.2.1 實驗內(nèi)容
        2.2.2 實驗步驟
    2.3 實驗數(shù)據(jù)處理
        2.3.1 摩擦壓降和摩擦阻力系數(shù)
        2.3.2 換熱系數(shù)
    2.4 不確定度分析
    2.5 本章小結(jié)
第3章 自然循環(huán)系統(tǒng)分析程序開發(fā)
    3.1 流體動力學模型
        3.1.1 簡化與基本假設
        3.1.2 守恒方程
    3.2 本構(gòu)關(guān)系式
        3.2.1 摩擦阻力計算關(guān)系式
        3.2.2 傳熱計算關(guān)系式
        3.2.3 沸騰特征點計算
        3.2.4 空泡份額的計算
        3.2.5 漂移速度約束方程
        3.2.6 壁面熱流分配
        3.2.7 相界面?zhèn)鳠嵊嬎?br>    3.3 傳熱元件導熱計算
        3.3.1 傳熱元件導熱方程
        3.3.2 導熱方程數(shù)值解法
    3.4 慣性力計算模型的矢量通用形式
    3.5 穩(wěn)壓器模型
    3.6 程序開發(fā)
        3.6.1 數(shù)值解法
        3.6.2 計算流程
    3.7 網(wǎng)格劃分
    3.8 程序驗證
    3.9 本章小結(jié)
第4章 窄矩形通道內(nèi)單相流動與傳熱特性研究
    4.1 窄矩形通道內(nèi)單相摩擦阻力特性
        4.1.1 豎直條件下窄矩形通道內(nèi)流動阻力特性
        4.1.2 流量與摩擦壓降的相位差實驗
        4.1.3 搖擺條件下瞬時摩擦阻力特性
        4.1.4 搖擺對時均摩擦阻力系數(shù)的影響
        4.1.5 搖擺對時均摩擦阻力系數(shù)的影響機理
    4.2 窄矩形通道內(nèi)單相傳熱特性
        4.2.1 豎直條件下窄矩形通道內(nèi)傳熱特性
        4.2.2 搖擺條件下瞬時傳熱特性
        4.2.3 搖擺對時均傳熱特性的影響
        4.2.4 搖擺對時均傳熱特性的影響機理
    4.3 搖擺對瞬時摩擦阻力與傳熱特性的影響機理分析
        4.3.1 幾何模型的建立和網(wǎng)格劃分
        4.3.2 參數(shù)的設置及搖擺工況下的動量源項
        4.3.3 網(wǎng)格無關(guān)性檢驗和湍流模型選擇
        4.3.4 計算結(jié)果驗證
        4.3.5 搖擺對瞬時流動阻力特性的影響機理分析
        4.3.6 搖擺對瞬時傳熱特性的影響機理分析
    4.4 本章小結(jié)
第5章 搖擺條件下單相自然循環(huán)的系統(tǒng)特性研究
    5.1 搖擺運動對單相自然循環(huán)流量的影響
        5.1.1 瞬時流量
        5.1.2 搖擺運動影響瞬時流量的機理
        5.1.3 時均流量
        5.1.4 流量波峰和波谷的特征
    5.2 搖擺啟動過程的參數(shù)變化特性
        5.2.1 實驗現(xiàn)象
        5.2.2 經(jīng)驗模型的提出
        5.2.3 啟動模型的驗證
    5.3 溫度波動特性
        5.3.1 實驗段出口流體溫度波動特性
        5.3.2 實驗段出口流體溫度波動的影響因素
        5.3.3 流體溫度波動計算結(jié)果的驗證
        5.3.4 加熱區(qū)內(nèi)溫度波動特性
    5.4 搖擺條件下流體的溫度分布
        5.4.1 窄矩形通道的加熱區(qū)內(nèi)流體溫度分布
        5.4.2 絕熱段流體溫度分布
    5.5 搖擺對系統(tǒng)驅(qū)動力和阻力的影響
        5.5.1 搖擺對系統(tǒng)驅(qū)動力的影響
        5.5.2 搖擺對系統(tǒng)阻力的影響
    5.6 流量波動幅度理論分析與驗證
        5.6.1 流量波動幅度的預測模型
        5.6.2 流量波動幅度預測模型的驗證
    5.7 本章小結(jié)
第6章 搖擺條件下兩相自然循環(huán)系統(tǒng)的特性研究
    6.1 窄矩形通道內(nèi)的兩相摩擦阻力特性
        6.1.1 豎直條件下窄矩形通道兩相摩擦阻力特性
        6.1.2 搖擺條件下窄矩形通道兩相瞬時摩擦阻力特性
    6.2 窄矩形通道內(nèi)的兩相流動傳熱特性
        6.2.1 豎直條件下窄矩形通道兩相傳熱特性研究
        6.2.2 搖擺條件下窄矩形通道兩相瞬時傳熱特性研究
    6.3 豎直條件下兩相自然循環(huán)的系統(tǒng)特性研究
        6.3.1 穩(wěn)定的兩相流動
        6.3.2 流量波動幅度較小的欠熱沸騰流動不穩(wěn)定性
        6.3.3 無明顯周期的欠熱沸騰流動不穩(wěn)定性
        6.3.4 流量波動幅度較大的欠熱沸騰流動不穩(wěn)定性
        6.3.5 欠熱沸騰耦合閃蒸和壓力降流動不穩(wěn)定性
        6.3.6 閃蒸主導的流動不穩(wěn)定性
        6.3.7 流動不穩(wěn)定邊界
    6.4 搖擺條件下兩相自然循環(huán)的系統(tǒng)特性研究
        6.4.1 高欠熱沸騰時溫度波動特性
        6.4.2 波谷型波動
        6.4.3 復合型波動
        6.4.4 兩相流動不穩(wěn)定性主導的波動
        6.4.5 搖擺運動對流動不穩(wěn)定邊界的影響
        6.4.6 系統(tǒng)分析程序預測能力的驗證與分析
    6.5 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻
攻讀博士學位期間發(fā)表的論文和取得的科研成果
致謝
附錄


【參考文獻】：
期刊論文
[1]搖擺對窄縫通道內(nèi)高壓兩相摩擦阻力影響的研究[J]. 張震,肖澤軍,閆曉,秦勝杰,黃彥平,陳炳德.  核動力工程. 2014(01)
[2]海洋條件下壓水堆單相自然循環(huán)無量綱分析[J]. 郝亞雷,鄢炳火,楊星團,伊雄鷹.  核動力工程. 2013(04)
[3]搖擺條件下窄矩形通道內(nèi)流動傳熱特性數(shù)值模擬[J]. 李隆鍵,董相祿,馬建,黃彥平.  核動力工程. 2013(04)
[4]搖擺下自然循環(huán)矩形雙通道系統(tǒng)核熱耦合不穩(wěn)定性研究[J]. 周鈴嵐,張虹,譚長祿,董化平.  核動力工程. 2013(S1)
[5]搖擺條件下一體化反應堆模擬回路冷態(tài)流動特性研究[J]. 宮厚軍,楊星團,黃彥平,姜勝耀.  核動力工程. 2013(03)
[6]運動條件下反應堆自然循環(huán)模型[J]. 宮厚軍,楊星團,姜勝耀.  清華大學學報(自然科學版). 2013(04)
[7]搖擺運動下矩形窄通道內(nèi)流動沸騰阻力特性[J]. 劉傳成,閻昌琪,孫立成.  原子能科學技術(shù). 2012(12)
[8]窄縫矩形通道單相流動及傳熱實驗研究[J]. 馬建,黃彥平,劉曉鐘.  核動力工程. 2012(01)
[9]海洋條件對棒束間湍流流動傳熱的影響[J]. 鄢炳火,顧漢洋,于雷.  核動力工程. 2011(05)
[10]搖擺條件下單相水強制循環(huán)阻力特性實驗研究[J]. 幸奠川,閻昌琪,曹夏昕,劉洋,高璞珍.  原子能科學技術(shù). 2011(06)

博士論文
[1]開式自然循環(huán)系統(tǒng)流動特性研究[D]. 郭雪晴.哈爾濱工程大學 2016
[2]非慣性坐標下窄矩形通道流動沸騰特性研究[D]. 陳沖.哈爾濱工程大學 2016
[3]搖擺對棒束通道內(nèi)流動阻力特性的影響研究[D]. 閆超星.哈爾濱工程大學 2015
[4]搖擺條件下大圓管內(nèi)氣液兩相流動界面輸運特性[D]. 田道貴.哈爾濱工程大學 2015
[5]搖擺對矩形通道內(nèi)流動阻力特性的影響研究[D]. 幸奠川.哈爾濱工程大學 2013
[6]周期力場作用下矩形通道內(nèi)流動與傳熱特性研究[D]. 王暢.哈爾濱工程大學 2013
[7]脈沖流動和壁面振動傳熱研究[D]. 俞接成.清華大學 2005

碩士論文
[1]搖擺條件下矩形通道內(nèi)自然循環(huán)傳熱特性研究[D]. 田旺盛.哈爾濱工程大學 2017
[2]搖擺條件下窄矩形通道內(nèi)流動傳熱的大渦模擬[D]. 董相祿.重慶大學 2012
[3]搖擺條件矩形通道內(nèi)流體傳熱特性研究[D]. 陳勇.哈爾濱工程大學 2012
[4]搖擺運動下矩形窄通道內(nèi)流動沸騰阻力特性研究[D]. 劉傳成.哈爾濱工程大學 2012



本文編號：3726078