周期力場作用下矩形通道內(nèi)流動傳熱與特性研究.pdf

1、當(dāng)反應(yīng)堆在受到周期性變化的外力場作用時(shí),系統(tǒng)內(nèi)的熱工水力特性將受其影響而表現(xiàn)一系列變化,進(jìn)而對反應(yīng)堆運(yùn)行特性產(chǎn)生影響。因此本文對豎直靜止及搖擺狀態(tài)周期力場作用下窄間隙矩形通道內(nèi)的流動傳熱特性分別進(jìn)行了理論分析、數(shù)值計(jì)算及實(shí)驗(yàn)研究。
　　豎直靜止?fàn)顟B(tài)下矩形通道內(nèi)熱工水力特性研究表明,矩形通道層流-湍流轉(zhuǎn)捩雷諾數(shù)隨高寬比增大而減小,而加熱會導(dǎo)致層流-湍流轉(zhuǎn)捩延遲。窄間隙矩形通道內(nèi)的過冷沸騰傳熱特性與大尺寸流道經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式存在較大差異,本

2、文通過引入流動沸騰-池式沸騰汽泡脫離直徑比,建立了矩形通道過冷沸騰傳熱計(jì)算模型,并在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上提出了矩形通道內(nèi)單相及沸騰壓降及傳熱計(jì)算關(guān)系式。
　　搖擺狀態(tài)周期力場作用下的單相流量脈動特性受驅(qū)動力、周期力場及阻力特性的影響,當(dāng)驅(qū)動力大于10倍周期力場時(shí),流量將不會出現(xiàn)顯著的變化,而在驅(qū)動力足以引起流量出現(xiàn)變化條件下,當(dāng)通過增加回路阻力減小流量時(shí),流量脈動幅度隨平均流量減小而減小,當(dāng)通過降低驅(qū)動力減小流量時(shí),流量脈動幅度隨平均流量減

3、小而增大。當(dāng)流量沒有出現(xiàn)顯著變化時(shí),徑向周期力場引起二次流對矩形通道內(nèi)流動傳熱特性的影響隨窄邊尺寸增加而增大,對于截面尺寸為2×40mm的矩形通道而言,數(shù)值計(jì)算及實(shí)驗(yàn)研究均表明徑向周期力場引起二次流變化不足以引起宏觀流動傳熱特性發(fā)生變化,因此其影響可以完全忽略,而實(shí)驗(yàn)研究也證實(shí)搖擺狀態(tài)周期力場下矩形通道內(nèi)的流動傳熱特性與豎直靜止?fàn)顟B(tài)完全一致。此外,實(shí)驗(yàn)研究還表明當(dāng)徑向周期力場的作用可以忽略時(shí),搖擺狀態(tài)周期力場誘發(fā)的流量脈動與變驅(qū)動力引起

4、的脈動流流動傳熱特性具有一致性,而流量脈動引起的速度徑向分布改變將導(dǎo)致流動傳熱特性與豎直靜止?fàn)顟B(tài)存在差異。在實(shí)驗(yàn)過程中還采用改變驅(qū)動力實(shí)現(xiàn)流量調(diào)節(jié)的方式下獲得了當(dāng)前實(shí)驗(yàn)回路流量脈動幅度與平均流量及搖擺運(yùn)動參數(shù)的關(guān)系,分析了阻力傳熱脈動幅度與流量脈動幅度之間的關(guān)系,建立了搖擺狀態(tài)周期力場作用下的脈動流阻力傳熱計(jì)算關(guān)系式。
　　搖擺狀態(tài)周期力場作用下沸騰壓降及傳熱特性實(shí)驗(yàn)研究表明質(zhì)量流速變化規(guī)律與實(shí)驗(yàn)段出口含氣率密切相關(guān),在低出口含氣

5、率區(qū)域,搖擺運(yùn)動引起的周期性附加慣性力場并未引起沸騰壓降及傳熱特性發(fā)生變化,因此該狀態(tài)下的沸騰壓降及傳熱特性與豎直靜止?fàn)顟B(tài)相同;當(dāng)出口含氣率達(dá)到一定程度后,搖擺狀態(tài)下系統(tǒng)空間位置改變引起浮升力在非慣性系中的作用方向及大小發(fā)生周期性變化,進(jìn)而引起汽泡在冷凝器入口處周期性壅塞并引起流道內(nèi)壓力出現(xiàn)變化、沸騰強(qiáng)度及沸騰質(zhì)量流速周期性的脈動;由于摩擦壓降主要與質(zhì)量含氣率相關(guān),因此豎直靜止?fàn)顟B(tài)下的關(guān)系式仍具有適用性,但質(zhì)量流量脈動導(dǎo)致飽和沸騰傳熱特