搖擺對(duì)矩形通道內(nèi)流動(dòng)阻力特性的影響研究.pdf

1、小通道換熱技術(shù)是實(shí)現(xiàn)船舶動(dòng)力系統(tǒng)換熱設(shè)備小型化的有效方法之一。不同于陸基核反應(yīng)堆,船舶核反應(yīng)堆始終處于運(yùn)動(dòng)條件下,其中船身?yè)u擺過程對(duì)冷卻劑熱工水力特性的影響最為復(fù)雜。搖擺使冷卻劑受慣性力作用,同時(shí)引起重力沿流動(dòng)方向分量改變,從而影響動(dòng)力裝置的運(yùn)行特性。
　　本文對(duì)搖擺條件下矩形小通道內(nèi)流動(dòng)阻力特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究和理論分析。實(shí)驗(yàn)在常溫常壓下進(jìn)行,以空氣和去離子水為工質(zhì)。5個(gè)實(shí)驗(yàn)段當(dāng)量直徑的范圍為2.73~5.99mm,高寬比為0.0

2、33~0.075。分液相雷諾數(shù)和分氣相雷諾數(shù)的范圍分別為200~21000和221~8310,搖擺周期和搖擺振幅的范圍分別為8s~20s和10°~30°。采用調(diào)節(jié)離心泵轉(zhuǎn)速的方式獲得不同驅(qū)動(dòng)壓頭,以比較搖擺運(yùn)動(dòng)對(duì)單相強(qiáng)迫循環(huán)的不同影響。
　　單相可視化實(shí)驗(yàn)及流量波動(dòng)理論模型表明,開放回路和閉合回路流量波動(dòng)特性主要影響因素分別為總重位壓降和附加壓降。單相流量波動(dòng)幅值隨有效驅(qū)動(dòng)壓頭增加而減小,隨波動(dòng)壓降幅值增加而增大,當(dāng)有效驅(qū)動(dòng)壓頭大

3、于波動(dòng)壓降幅值的10~11倍時(shí),流動(dòng)趨于穩(wěn)定。單相流阻力特性實(shí)驗(yàn)表明,搖擺對(duì)單相流摩擦阻力的影響隨驅(qū)動(dòng)壓頭增加而減弱,驅(qū)動(dòng)壓頭較高時(shí),搖擺的影響可忽略。驅(qū)動(dòng)壓頭較低時(shí)流量周期性波動(dòng),摩擦壓降波動(dòng)幅值隨搖擺振幅增加而增大,隨平均流速增加而減小,隨搖擺周期的變化因回路不同而存在差異。
　　建立了單相層流二維動(dòng)量守恒方程,其預(yù)測(cè)的摩阻系數(shù)與實(shí)驗(yàn)值有較好的一致性。搖擺運(yùn)動(dòng)對(duì)單相流摩擦阻力的影響機(jī)理為:驅(qū)動(dòng)壓頭較低時(shí),搖擺引起入口流量周期性

4、波動(dòng),從而導(dǎo)致壁面切應(yīng)力周期性變化,進(jìn)而引起宏觀摩擦阻力周期性波動(dòng);驅(qū)動(dòng)壓頭較高時(shí),搖擺僅引起沿流動(dòng)方向的附加壓降,不影響壁面切應(yīng)力及宏觀摩擦阻力。得到了高驅(qū)動(dòng)壓頭下單相層流摩阻系數(shù)和轉(zhuǎn)捩雷諾數(shù)理論關(guān)系式;并基于能量梯度法研究搖擺運(yùn)動(dòng)引起的流量波動(dòng)對(duì)流態(tài)轉(zhuǎn)捩的影響。
　　對(duì)于兩相流動(dòng),搖擺對(duì)摩擦阻力的影響隨液流速增加而減弱。液流速較低時(shí),相對(duì)摩擦壓降梯度波動(dòng)幅值隨氣流速增加而降低,隨搖擺參數(shù)的改變沒有明顯變化;液流速較高時(shí),摩擦壓

5、降梯度不波動(dòng)。搖擺運(yùn)動(dòng)對(duì)兩相流時(shí)間平均摩擦阻力沒有明顯影響。ChisholmC、Lee&Lee及Mishima&Hibiki關(guān)系式能很好地預(yù)測(cè)搖擺條件下平均摩擦阻力,但不能用于周期性瞬變摩擦壓降的計(jì)算。基于分相流模型提出了能預(yù)測(cè)周期性瞬變摩擦壓降的關(guān)系式。
　　搖擺運(yùn)動(dòng)通過改變氣液界面摩擦特性來(lái)影響兩相流宏觀摩擦阻力。穩(wěn)態(tài)傾斜條件下相界面分布不變,摩擦阻力不波動(dòng)。搖擺條件下瞬變力引起氣泡加速度沿流動(dòng)方向周期性改變,同時(shí)引起氣泡周期