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瞬变运动条件对竖直管内搅混流向环状流转变边界的影响研究

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原子能科学技术 2024年第3期58卷 698-704页

作者：马文慧曹夏昕谢添舟黑龙江省核动力装置性能与设备重点实验室黑龙江哈尔滨150001 中核集团核反应堆热工水力技术重点实验室四川成都610041

船舶在航行过程中处于海洋瞬变运动环境,两相流动常处于瞬变运动状态,两相流型可能与陆基条件时不同,进而影响流动传热特性,准确判别瞬变运动条件下两相流型对两相阻力和传热的计算具有重要意义。本文针对摇摆和升潜两种典型海洋运动条... 详细信息

船舶在航行过程中处于海洋瞬变运动环境,两相流动常处于瞬变运动状态,两相流型可能与陆基条件时不同,进而影响流动传热特性,准确判别瞬变运动条件下两相流型对两相阻力和传热的计算具有重要意义。本文针对摇摆和升潜两种典型海洋运动条件,引入运动产生的瞬变外力场,构建了瞬变运动条件下搅混流-环状流转变准则,该准则也可适用于竖直向上和倾斜流动。通过静止和瞬变运动条件下实验数据对转变准则模型计算结果进行了验证,与实验结果符合很好。通过对转变准则进行分析,绘制了搅混流-环状流转变曲线,获得了运动参数对流型转变边界的影响规律。

关键词：摇摆运动升潜条件搅混流环状流转变准则

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管内蒸汽冷凝过程关键热力学参数分布特征

中国电机工程学报 2024年

作者：王昱乾王卫良曹夏昕黑龙江省核动力装置性能与设备重点实验室(哈尔滨工程大学) 重大工程灾害与控制教育部重点实验室(暨南大学国际能源学院)

受限于管道尺寸、液膜易受损以及测点大小等多方面因素，当前管内冷凝实验研究可获取数据的密度较低，周向测点数不足以支撑周向分布特征的建立。为此，该文在周向和轴向两个方向上完成凝结液流动及冷凝相变的控制方程组的推导，利用编... 详细信息

受限于管道尺寸、液膜易受损以及测点大小等多方面因素，当前管内冷凝实验研究可获取数据的密度较低，周向测点数不足以支撑周向分布特征的建立。为此，该文在周向和轴向两个方向上完成凝结液流动及冷凝相变的控制方程组的推导，利用编程建立管内蒸汽冷凝现象关键热力学参数多维分布特征的数学求解模型，并通过与实验数据和经验公式的对比验证模型的可靠性。基于计算结果完善冷凝过程中关键热力学参数的多维分布特性，分析了倾斜角度和相间剪切力等因素对管内蒸汽冷凝过程计算的影响。计算结果表明：对于非竖直状态下圆管内蒸汽凝结换热而言，液膜区域的蒸汽凝结量在总凝结量中的占比始终保持在99%以上，因此在计算中可以忽略液池区域的蒸汽凝结；对于倾斜角度小于等于15°的工况，液池区域的凝结液流量在总质量流量中的占比在除入口段外均保持在97%以上，可以在限定条件下将液池区域假设为凝结液流动区域。结果可为简化管内蒸汽凝结换热计算问题提供一定依据和思路。

关键词：凝结换热传热传质数学求解剪切力周向分布

低质量流速下倾斜管内纯蒸汽冷凝换热特性研究

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哈尔滨工程大学学报 2022年第7期43卷 986-992页

作者：杨培勋曹夏昕刘佳宝姜博洋哈尔滨工程大学核动力装置性能与设备黑龙江省重点实验室黑龙江哈尔滨150001

针对纯蒸汽在倾斜管内冷凝换热研究的不足,本文研究了质量含气率、倾角和质量流速对纯蒸汽在倾斜光滑管内冷凝过程中换热特性的影响。实验中蒸汽在内径为25 mm、长1050 mm的倾斜管内向下流动,与水平方向呈0°~30°,压力为0.1~0.3 MPa,... 详细信息

针对纯蒸汽在倾斜管内冷凝换热研究的不足,本文研究了质量含气率、倾角和质量流速对纯蒸汽在倾斜光滑管内冷凝过程中换热特性的影响。实验中蒸汽在内径为25 mm、长1050 mm的倾斜管内向下流动,与水平方向呈0°~30°,压力为0.1~0.3 MPa,质量流速为10~25 kg/(m^(2)·s)。结果表明:本实验低质量流速下,流型处于分层流,重力占主导地位,在相同流型下,局部换热系数随蒸汽质量含气率的降低而降低;质量流速的升高会减弱倾角对换热系数的影响;倾斜角度对平均换热系数的提高呈非单调性变化;同时通过对比以往的水平管内换热关系式,其中Chato的换热关系式基本偏差在±30%,并提出了基于实验数据的经验关系式,计算值与实验数据比较偏差在±20%以内。

关键词：倾斜管冷凝换热纯蒸汽低质量流速实验研究经验关系式非单调性两相流型

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大管径管束外含空气的蒸汽冷凝传热特性分析

哈尔滨工程大学学报 2023年第7期44卷 1234-1241页

作者：彭翔边浩志吴桐雨周书航曹夏昕哈尔滨工程大学核科学与技术学院黑龙江哈尔滨150001 哈尔滨工程大学黑龙江省核动力装置性能与设备重点实验室黑龙江哈尔滨150001

管束外含大量空气的蒸汽冷凝传热是非能动安全壳热量导出系统运行过程中的一个重要现象,它直接影响该系统向外界导出热量的效率。本文采用数值模拟的方法对大管径管束(d=38 mm)外含大量空气的蒸汽冷凝传热特性进行了分析。结果表明:此... 详细信息

管束外含大量空气的蒸汽冷凝传热是非能动安全壳热量导出系统运行过程中的一个重要现象,它直接影响该系统向外界导出热量的效率。本文采用数值模拟的方法对大管径管束(d=38 mm)外含大量空气的蒸汽冷凝传热特性进行了分析。结果表明:此工况下,顺排管束的平均传热系数优于叉排管束,且提高幅度随管间距的增大而减小;管束的平均换热系数随管间距的增大而增大,在管间距为3 d时,除管束中心的3根传热管外,其余传热管上的冷凝换热系数均大于单管。

关键词：蒸汽冷凝不凝性气体大管径排列方式管间距管束列数换热系数数值模拟

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不同管径管外含空气/CO_(2)蒸汽冷凝传热特性分析

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哈尔滨工程大学学报 2023年第7期44卷 1220-1226页

作者：彭翔边浩志周书航李文涛曹夏昕哈尔滨工程大学核科学与技术学院黑龙江哈尔滨150001 哈尔滨工程大学黑龙江省核动力装置性能与设备重点实验室黑龙江哈尔滨150001

当反应堆发生严重事故时,堆芯熔融物可能与安全壳中的混凝土发生相互作用,产生大量CO_(2)并释放到安全壳的气空间中。为了研究CO_(2)对安全壳内蒸汽冷凝的影响,本文采用数值模拟的方法对不同管径条件下竖直圆管外含空气/CO_(2)的蒸汽冷... 详细信息

当反应堆发生严重事故时,堆芯熔融物可能与安全壳中的混凝土发生相互作用,产生大量CO_(2)并释放到安全壳的气空间中。为了研究CO_(2)对安全壳内蒸汽冷凝的影响,本文采用数值模拟的方法对不同管径条件下竖直圆管外含空气/CO_(2)的蒸汽冷凝传热特性进行了数值模拟分析,考察了CO_(2)浓度的变化在不同条件下对含不凝性气体的蒸汽冷凝的影响。研究结果表明:在不同管径条件下,CO_(2)的存在都会增大冷凝传热系数,提升幅度可达30%以上。此外,传热管管径与CO_(2)的引入都不会改变局部冷凝传热系数在传热管轴向上的分布趋势,即由传热管顶部至底部,局部冷凝传热系数先迅速降低后缓慢增大。

关键词：竖直圆管蒸汽冷凝不凝性气体二氧化碳多组分气体不同管径换热系数数值计算

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几何参数对含空气蒸汽冷凝影响的数值分析

原子能科学技术 2022年第10期56卷 2069-2077页

作者：肖家禹孙中宁李荣绩李文涛丁铭曹夏昕边浩志哈尔滨工程大学核安全与仿真技术国防重点学科实验室黑龙江哈尔滨150001

含空气蒸汽冷凝是反应堆失水事故时安全壳内重要的热工水力现象。已有研究多关注气体压力、温度等热工参数对传热特性的影响,而对几何参数的影响及其作用原理分析较少。采用三维CFD数值模拟方法,基于扩散边界层冷凝机理模型研究了管径(4... 详细信息

含空气蒸汽冷凝是反应堆失水事故时安全壳内重要的热工水力现象。已有研究多关注气体压力、温度等热工参数对传热特性的影响,而对几何参数的影响及其作用原理分析较少。采用三维CFD数值模拟方法,基于扩散边界层冷凝机理模型研究了管径(4~60 mm)、管长(0.1~7 m)及倾角(0°~90°)对含空气蒸汽冷凝传热特性的影响。结果表明,管径、管长及倾角均对含空气蒸汽冷凝传热特性有显著影响。平均冷凝传热系数随管径的增大而减小;随管长的增长先减小后增大,3 m左右达到最小值;随倾角的增大而增大。局部冷凝传热系数沿管长方向先迅速减小后缓慢增大。倾斜布置时,迎流面产生明显传热强化,向两侧逐渐减弱,背流面存在一定的传热抑制。

关键词：不凝性气体凝结管径管长倾角数值模拟

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倾斜管内气液两相流流型的实验研究

核动力工程 2005年第6期26卷 577-580页

作者：曹夏昕阎昌琪哈尔滨工程大学 150001

对空气-水形成的两相流同向通过管径15mm、管长6m,倾斜角为15°和30°两种不同的倾斜角有机玻璃管的流型进行了实验研究。通过可视化观察和压差波动特性对流型进行分类,结合实验数据绘制出不同倾角下的流型图。另外,通过与相同管径下的... 详细信息

对空气-水形成的两相流同向通过管径15mm、管长6m,倾斜角为15°和30°两种不同的倾斜角有机玻璃管的流型进行了实验研究。通过可视化观察和压差波动特性对流型进行分类,结合实验数据绘制出不同倾角下的流型图。另外,通过与相同管径下的水平管流型图进行对比以及不同倾角下流型产生范围的比较,发现试验段倾角对流型区间有显著的影响。

关键词：两相流流型图倾斜管实验研究倾斜管内气液

自然循环窄矩形通道内过冷沸腾两相摩擦阻力特性

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化工学报 2020年第7期71卷 3060-3070页

作者：杨宽阎昌琪曹夏昕哈尔滨工程大学核安全与仿真技术国防重点学科实验室黑龙江哈尔滨150001

采用去离子水作为实验工质,在低压低流速自然循环工况下开展了单面加热可视化窄矩形通道内的过冷沸腾摩擦阻力特性实验研究。实验中测量了实验段内的压降数据,并通过高速摄影仪拍摄了窄矩形通道内的气液两相图像,提出了过冷沸腾条件下... 详细信息

采用去离子水作为实验工质,在低压低流速自然循环工况下开展了单面加热可视化窄矩形通道内的过冷沸腾摩擦阻力特性实验研究。实验中测量了实验段内的压降数据,并通过高速摄影仪拍摄了窄矩形通道内的气液两相图像,提出了过冷沸腾条件下的两相摩擦压降的剥离计算方法。基于本实验中获得摩擦压降数据,对分别基于均相流模型和分液相模型的经典两相摩擦压降计算关系式进行了评估,实验结果表明:采用不同等效黏度计算方法的均相流模型计算结果比实验值明显偏小;而分相流模型中,Sun and Mishiba关系式和Tran关系式均能够较好地预测摩擦阻力,计算值与实验值的平均相对偏差在±15%以内。结合实验数据,以分相流模型方法为基础,考虑全液相Reynolds数、Martinelli参数和Laplace数的影响,获得了计算分液相折算系数的经验关系式,与实验数据符合较好,平均相对误差在10%范围内。

关键词：两相流气泡空隙率自然循环窄矩形通道过冷沸腾可视化两相摩擦压降

气-液两相泡状流在摇摆状态下的摩擦压降计算

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核动力工程 2007年第1期28卷 72-77页

作者：曹夏昕阎昌琪孙中宁哈尔滨工程大学核科学与技术学院 150001

在常温下对光滑的有机玻璃管内单相水和气-液两相泡状流在两种不同摇摆角度和3种不同摇摆周期下的摩擦压降特性展开了研究。结合实验数据,提出了摇摆状态下的单相水摩阻系数的计算关系式。计算关系式不仅能够反映摩阻系数随时间变化的... 详细信息

在常温下对光滑的有机玻璃管内单相水和气-液两相泡状流在两种不同摇摆角度和3种不同摇摆周期下的摩擦压降特性展开了研究。结合实验数据,提出了摇摆状态下的单相水摩阻系数的计算关系式。计算关系式不仅能够反映摩阻系数随时间变化的周期动态特征,而且计算结果与实验结果符合很好。在此基础上,运用均相流模型,对摇摆状态下两相泡状流的摩擦压降进行计算。结果发现,计算值与实验值的相对误差在±25%以内。

关键词：摩擦压降摩阻系数摇摆单相泡状流