為探究工質(zhì)在核熱推進反應堆冷卻劑通道內(nèi)的熱工水力行為,基于數(shù)值計算方法,開展了圓管內(nèi)高溫、高流速氫氣流動換熱特性研究。通過與實驗數(shù)據(jù)對比發(fā)現(xiàn),采用壓力基耦合算法、SST k-ω湍流模型以及物性模型進行高溫、高流速氫氣流動換熱特性數(shù)值模擬是合理可行的,計算值與實驗值符合較好,計算模型選擇正確。在分析基礎工況流場與溫度場的基礎上,還研究了熱工參數(shù)對氫氣管內(nèi)流動換熱特性的影響,結果表明,隨質(zhì)量流量的增大換熱效果增強,隨熱流密度的增大換熱效果變差。研究方法與結果可為高溫、高熱流密度環(huán)境下氣體工質(zhì)流動換熱特性研究、核熱推進反應堆的熱工設計與仿真模擬提供參考。

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【部分圖文】：

圖1計算模型幾何結構

計算域邊界條件如下。1)入口:質(zhì)量流量、溫度;2)出口:壓力;3)入口段壁面:絕熱、無滑移壁面、給定壁面粗糙度;4)加熱段壁面:第2類邊界條件、無滑移壁面、給定壁面粗糙度。1.4網(wǎng)格無關性驗證

圖2氫氣熱解份額

研究結果表明,溫度、壓力以及堆芯中能量沉積均對氫氣熱解有重要影響,圖2為不同溫度、壓力下的氫氣熱解份額[13-14],處于熱解平衡狀態(tài)下的分子氫與原子氫熱物性與輸運性質(zhì)發(fā)生了很大的變化[16]。物性變化使冷卻劑流動換熱特性發(fā)生變化,欲真實模擬氫氣在管內(nèi)熱工水力行為,須考慮高溫氫氣....

圖3驗證工況熱流密度和壁溫分布

本研究對基礎工況進行流道內(nèi)的流場與溫度場分布情況分析。由于流道直徑較小,氫氣密度較低,因此即使入口質(zhì)量流量很低,入口的速度量級也相當可觀。氫氣流場與溫度場分布示于圖5。由圖5可知,隨軸向壓力的降低、溫度的升高,流道內(nèi)的氫氣膨脹密度降低、速度升高,并在靠近出口位置處馬赫數(shù)Ma>1,....

圖4不同湍流模型計算值與實驗值對比結果

圖3驗證工況熱流密度和壁溫分布圖5氫氣流場與溫度場分布

本文編號：3921287