窄矩形通道中压降及自然循环流动不稳定特性研究

作     者：吕书平 

作者单位：重庆大学 

学位级别：硕士

导师姓名：潘良明

授予年度：2014年

学科分类：080701[工学-工程热物理] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：窄通道 压降特性 流动不稳定性 实验研究 

摘      要：近年来，窄通道的流动沸腾换热成为两相流研究领域的热点问题。窄通道由于其结构紧凑，换热强化等特点广泛应用于热能、核能以及其他工程领域。流动沸腾换热本身就是一个复杂的过程，而窄通道中的沸腾换热就更为复杂，因此探明窄通道中沸腾流动特性意义重大。自然循环流动沸腾过程中可能发生的流动不稳定现象对核安全、热力设备的稳定运行有严重的影响，因此对自然循环条件下得流动不稳定性特性进行研究，以保障设备的安全性与经济性。 本文分别在自然循环及强迫循环条件下开展了流动沸腾压降特性的研究，研究发现，强迫循环流动中，相同质量流速下，压降随热流密度的变化并没有呈现单调性关系。入口过冷度对压降的影响随着热流密度的增加不断增大，在热流密度较高时，微小的入口过冷度的减小都会引起流动压降的显著增大。而在自然循环条件下，系统平均流量与压降及热流密度之间存在强烈的耦合关系，随着热流密度的增大系统循环能力增大，而流动压降减小，当系统流量增大到极限值时，流动压降也基本减小到最小值，此时若再增加热流密度，则自然循环流量则会减小，而流动压降则会显著增大。 与传统的饱和点作为两相流分界点的压降计算方法不同，本文采用修正后的Saha-Zuber模型计算的FDB点作为两相段起始点的依据，提出了压降的计算模型，该模型预测结果与实验压降相比较，误差基本在15%范围内。 在自然循环条件下的流动不稳定特性研究发现，当系统到达流动不稳定边界时，增加热扰动（热流密度），系统发生了密度波型流动不稳定性，系统流量产生了较大幅度的等幅脉动，压降与流量同相位波动;分析了压力与入口过冷度等参数对系统稳定性的影响，并与圆管中的实验结果对比，得出了与窄通道相类似的结论;得到了流动不稳定的边界图。 通过对自然循环两相系统控制方程的无因次化处理，提出了预测密度波型流动不稳定性的半经验公式，且预测误差基本在15%以内。