周期力場(chǎng)作用下矩形通道內(nèi)流動(dòng)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(chǎng)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(duì)反應(yīng)堆運(yùn)行特性產(chǎn)生影響。因此本文對(duì)豎直靜止及搖擺狀態(tài)周期力場(chǎng)作用下窄間隙矩形通道內(nèi)的流動(dòng)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(huì)導(dǎo)致層流-湍流轉(zhuǎn)捩延遲。窄間隙矩形通道內(nèi)的過(guò)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(guò)引入流動(dòng)沸騰-池式沸騰汽泡脫離直徑比,建立了矩形通道過(guò)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(chǎng)作用下的單相流量脈動(dòng)特性受驅(qū)動(dòng)力、周期力場(chǎng)及阻力特性的影響,當(dāng)驅(qū)動(dòng)力大于10倍周期力場(chǎng)時(shí),流量將不會(huì)出現(xiàn)顯著的變化,而在驅(qū)動(dòng)力足以引起流量出現(xiàn)變化條件下,當(dāng)通過(guò)增加回路阻力減小流量時(shí),流量脈動(dòng)幅度隨平均流量減小而減小,當(dāng)通過(guò)降低驅(qū)動(dòng)力減小流量時(shí),流量脈動(dòng)幅度隨平均流量減

3、小而增大。當(dāng)流量沒(méi)有出現(xiàn)顯著變化時(shí),徑向周期力場(chǎng)引起二次流對(duì)矩形通道內(nèi)流動(dòng)傳熱特性的影響隨窄邊尺寸增加而增大,對(duì)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(chǎng)引起二次流變化不足以引起宏觀流動(dòng)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(chǎng)下矩形通道內(nèi)的流動(dòng)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(chǎng)的作用可以忽略時(shí),搖擺狀態(tài)周期力場(chǎng)誘發(fā)的流量脈動(dòng)與變驅(qū)動(dòng)力引起

4、的脈動(dòng)流流動(dòng)傳熱特性具有一致性,而流量脈動(dòng)引起的速度徑向分布改變將導(dǎo)致流動(dòng)傳熱特性與豎直靜止?fàn)顟B(tài)存在差異。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中還采用改變驅(qū)動(dòng)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(dòng)幅度與平均流量及搖擺運(yùn)動(dòng)參數(shù)的關(guān)系,分析了阻力傳熱脈動(dòng)幅度與流量脈動(dòng)幅度之間的關(guān)系,建立了搖擺狀態(tài)周期力場(chǎng)作用下的脈動(dòng)流阻力傳熱計(jì)算關(guān)系式。
　　搖擺狀態(tài)周期力場(chǎng)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(dòng)引起的周期性附加慣性力場(chǎng)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(dòng);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(dòng)導(dǎo)致飽和沸騰傳熱特