弧形平板降膜流動與傳熱實驗研究及數(shù)值模擬.pdf

1、隨著我國核電事業(yè)的發(fā)展，核電安全日益受到人們的關注。以AP1000和華龍一號為代表的第三代先進壓水堆核電技術，引入非能動安全殼冷卻系統(tǒng)，大大提升了核電安全保障。非能動安全殼冷卻系統(tǒng)(PCCS)開啟后，冷卻水從安全殼上部水箱流出沿鋼制安全殼向下鋪展成膜。下降液膜接觸到高溫不銹鋼安全殼并將其冷卻，流動和傳熱過程中會發(fā)生液膜蒸發(fā)現(xiàn)象，液膜和空氣發(fā)生自然對流，從而將安全殼內(nèi)部的熱量散失到環(huán)境中去，從而預防安全殼溫度過熱，導致結(jié)構(gòu)失效造成放射性物

2、質(zhì)泄漏。因此開展非能動安全殼降膜流動與傳熱機理研究，對于核電事故預防和安全運行具有一定的科學意義和實用價值。
　　本文構(gòu)建了弧形平板降膜流動與傳熱實驗臺，以冷卻水為工作介質(zhì)，開展了不同水膜入口流量與不同加熱溫度工況下的降膜流動與傳熱實驗。降膜流動實驗捕捉到了水膜瞬時流型，并用染色劑示蹤水膜鋪展形態(tài)。降膜冷卻實驗采集了降膜冷卻過程中的溫度數(shù)據(jù)。實驗結(jié)果表明:降膜流動過程中水膜覆蓋均勻，對于弧形平板有很好的冷卻效果;不銹鋼板加熱溫度高

3、于水膜飽和溫度的情況下，有短時的大量蒸汽出現(xiàn)，說明有明顯的降膜蒸發(fā)過程。
　　基于實驗工況，本文運用FLUENT軟件中的VOF多相流模型與大渦模擬或k-ε湍流模型對降膜流動特性展開了數(shù)值計算，通過對比兩種湍流模型的數(shù)值模擬結(jié)果與實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，數(shù)值結(jié)果和實驗結(jié)果的水膜流型吻合度較高，證明了本文所建降膜流動數(shù)學模型及數(shù)值模擬方法的可靠性及準確性。在降膜流動數(shù)值模擬可靠性驗證的基礎上，進一步開展了不同水膜流量工況下的降膜流動數(shù)值模擬，發(fā)

4、現(xiàn)水膜流量越大，水膜厚度越大，且水膜在不銹鋼板豎直段上發(fā)生明顯的波動現(xiàn)象。
　　在降膜流動實驗臺基礎上，通過布置內(nèi)側(cè)加熱帶和相應的熱電偶測溫，構(gòu)建了降膜傳熱實驗臺，開展了未達到水膜飽和溫度的降膜冷卻和達到水膜飽和溫度的降膜蒸發(fā)過程實驗研究和相應的數(shù)值模擬。壁面溫度的數(shù)值結(jié)果與實驗結(jié)果具有較高的吻合度，從而驗證了數(shù)值模擬兩種降膜冷卻過程的可靠性。基于降膜冷卻數(shù)值模擬的可靠性驗證基礎上，進一步開展了不同水膜流量下的降膜冷卻實驗與數(shù)值模