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颗粒接触模型对有序堆积床流动换热影响的数值研究

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工程热物理学报 2013年第3期34卷 534-537页

作者：步珊珊杨剑李师阳王秋旺西安交通大学热流科学与工程教育部重点实验室陕西西安710049

本文数值研究了不同的接触模型对颗粒有序堆积多孔介质内的流动换热的影响。在堆积多孔介质的数值计算中,颗粒与颗粒之间的接触区域的网格控制是比较困难的,需要进行一定的简化处理。本文详细研究了现有的三种颗粒接触模型-间隙模型,短... 详细信息

本文数值研究了不同的接触模型对颗粒有序堆积多孔介质内的流动换热的影响。在堆积多孔介质的数值计算中,颗粒与颗粒之间的接触区域的网格控制是比较困难的,需要进行一定的简化处理。本文详细研究了现有的三种颗粒接触模型-间隙模型,短圆柱模型以及面接触模型对有序堆积床(简单立方堆积SC,体心立方堆积BCC和面心立方堆积FCC)宏观流动换热特性的影响,实验结果发现短圆柱模型得到的数值计算结果与实验结果相符最好;三种模型在堆积床层流流动换热的数值结果相近;在湍流流动中,接触模型对流动的计算结果影响较大。

关键词：颗粒有序堆积接触模型对流换热数值研究

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颗粒堆积床接触导热的数值分离和分析

西安交通大学学报 2019年第11期53卷 91-95,111页

作者：陈波步珊珊孙皖马在勇张卢腾重庆大学低品位能源利用技术及系统教育部重点实验室

为了分析不同固体-流体导热系数比下接触导热对有效导热系数的影响,提出了基于孔隙尺度的接触导热的数值分离方法,在不同固体-流体导热系数比(6~4400)下对简单立方结构堆积床中的接触导热进行了数值分析。当忽略接触导热时,计算模型中... 详细信息

为了分析不同固体-流体导热系数比下接触导热对有效导热系数的影响,提出了基于孔隙尺度的接触导热的数值分离方法,在不同固体-流体导热系数比(6~4400)下对简单立方结构堆积床中的接触导热进行了数值分析。当忽略接触导热时,计算模型中相邻颗粒之间的接触点采用间隙处理;当考虑接触导热时,计算模型中相邻颗粒之间的接触点采用短圆柱连接处理,接触导热通过这两种模型计算结果的差值获得。研究发现,有效导热系数随温度变化的趋势受接触导热的影响显著。考虑接触导热并且固体-流体导热系数比很大时,固相导热起主导作用;忽略接触导热时,流体导热起主导作用。随着固体-流体导热系数比的增大,接触导热对有效导热系数的贡献显著增大;当固体-流体导热系数比大于150时,接触导热对有效导热系数的贡献起主导作用。

关键词：堆积床有效导热系数接触导热固体-流体导热系数比

非能动传热球床堆有效导热系数的壁面效应分析

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工程热物理学报 2021年第3期42卷 686-693页

作者：步珊珊陈波孙皖马在勇张卢腾重庆大学低品位能源利用技术及系统教育部重点实验室重庆400044

本文针对非能动传热机制下简单立方球床堆有效导热系数进行了数值研究,根据有效导热系数的空间分布特性,对球床堆的近壁面区域和主体区域作了划分;分析了不同非能动传热机制下的有效导热系数的壁面效应;最后分析了导热、辐射和自然对流... 详细信息

本文针对非能动传热机制下简单立方球床堆有效导热系数进行了数值研究,根据有效导热系数的空间分布特性,对球床堆的近壁面区域和主体区域作了划分;分析了不同非能动传热机制下的有效导热系数的壁面效应;最后分析了导热、辐射和自然对流对近壁面和主体区域有效导热系数的贡献。结果发现,近壁面区域是在壁面附近一个球径范围内的区域;由于辐射和自然对流的影响,相同温度下近壁面有效导热系数比主体区域的有效导热系数小了近15%。当温度分别超过950 K和1080 K时,辐射成为球床堆主体区域和近壁面区域的主导传热机制;自然对流对有效导热系数的贡献并不大,当温度超过600 K时,自然对流可以忽略。研究结果可以为高温球床堆的设计与优化提供理论基础。

关键词：球床堆有效导热系数壁面效应自然对流辐射

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高温气冷球床堆有效导热系数模型的改进

原子能科学技术 2021年第11期55卷 1998-2004页

作者：陈波步珊珊陈德奇马在勇张卢腾重庆大学低品位能源利用技术及系统教育部重点实验室重庆400044

有效导热系数是高温气冷球床堆热工设计和安全分析程序中的基本参数,ZBS模型广泛应用于球床结构有效导热系数的预测。本文针对ZBS模型中的关键经验型参数——接触面积系数φ进行了分析,通过对不同堆积结构球床有效导热系数的数值分析,... 详细信息

有效导热系数是高温气冷球床堆热工设计和安全分析程序中的基本参数,ZBS模型广泛应用于球床结构有效导热系数的预测。本文针对ZBS模型中的关键经验型参数——接触面积系数φ进行了分析,通过对不同堆积结构球床有效导热系数的数值分析,获得了12组接触直径比和配位数及其对应的φ值,然后通过多元线性分析获得φ的计算公式。与德国SANA实验结果进行比较,发现改进后的ZBS模型预测能力优于其他模型。改进后的ZBS模型的计算结果与先前实验测量的球床主体区域的有效导热系数吻合也很好。本文研究结果可为高温气冷球床堆的设计和安全分析提供理论支持。

关键词：高温气冷球床堆有效导热系数 ZBS模型经验参数

基于等效导热系数理论模型的全陶瓷微封装燃料峰值温度预测方法

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核动力工程 2024年第1期45卷 41-48页

作者：王某浩步珊珊周冰李振中陈德奇重庆大学低品位能源利用技术及系统教育部重点实验室重庆400044 核工业西南物理研究院成都610225

为了满足工程上对全陶瓷微封装(FCM)燃料峰值温度快速预测的需求,可以将燃料的等效导热系数代入至简化的均质导热模型中进行燃料峰值温度的反计算。本文基于前期提出的多环导热模型,从基本导热方程出发,以燃料峰值温度为守恒量,将多环... 详细信息

为了满足工程上对全陶瓷微封装(FCM)燃料峰值温度快速预测的需求,可以将燃料的等效导热系数代入至简化的均质导热模型中进行燃料峰值温度的反计算。本文基于前期提出的多环导热模型,从基本导热方程出发,以燃料峰值温度为守恒量,将多环模型进一步等效为均质模型,推导了FCM燃料等效导热系数计算理论模型,并将该模型与常规等效导热系数理论模型进行对比。结果表明:本文构建的理论模型可以在多环模型的基础上结合均质模型从而有效地实现对燃料峰值温度的预测。该方法所预测的峰值温度值与实际值偏差基本在3%以内,因而可适用于对含内热源FCM燃料元件峰值温度的预测。本文建立的基于等效导热系数理论模型的预测方法可实现对FCM燃料峰值温度的快速预测。

关键词：全陶瓷微封装(FCM)燃料三结构同向性型(TRISO)燃料等效导热系数多环导热模型峰值温度预测

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摇摆条件下圆管DNB型临界热流密度数值研究

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核动力工程 2024年第4期45卷 24-31页

作者：方正杜松步珊珊李振中陈德奇重庆大学低品位能源利用技术及系统教育部重点实验室重庆400044 贵州玉屏清洁热能有限公司贵州铜仁554300

针对摇摆条件下的竖直圆管内偏离核态沸腾(DNB)临界热流密度(CHF)进行了三维数值计算,采用欧拉两相流模型和非平衡壁面沸腾模型,通过将静止管道的CHF模拟值和实验值进行对比,完成了不同壁面沸腾子模型的敏感性分析。对15种振幅和周期组... 详细信息

针对摇摆条件下的竖直圆管内偏离核态沸腾(DNB)临界热流密度(CHF)进行了三维数值计算,采用欧拉两相流模型和非平衡壁面沸腾模型,通过将静止管道的CHF模拟值和实验值进行对比,完成了不同壁面沸腾子模型的敏感性分析。对15种振幅和周期组合的正弦简谐摇摆运动的竖直管道的CHF进行预测。结果表明:所有摇摆条件均导致了DNB现象的提前发生,在最“剧烈”的摇摆情况下,CHF的值最小。管道内的温度和换热系数会随着摇摆运动发生周期性的改变。在一个周期内,更大的振幅和更小的周期都会导致加热壁面在某时刻出现更小的换热系数,从而导致壁面最高温度上升。本研究可以为摇摆条件下DNB型CHF的数值预测提供参考。

关键词：偏离核态沸腾(DNB) 临界热流密度(CHF) 摇摆条件数值研究

低温透平膨胀机内非平衡自发凝结两相流动的数值研究

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西安交通大学学报 2018年第2期52卷 125-129,135页

作者：孙皖牛璐步珊珊马在勇潘良明侯予重庆大学低品位能源利用技术及系统教育部重点实验室重庆400044 西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室西安710049

针对低温透平膨胀机内复杂自发凝结三元两相流动问题,基于非等温修正成核模型及Gyarmathy液滴生长模型,采用非平衡凝结数学模型,准确预测了气体快速膨胀中凝结成核和液滴生长的过程,基于数值模拟结果,研究了进口过热度和旋转作用对工作... 详细信息

针对低温透平膨胀机内复杂自发凝结三元两相流动问题,基于非等温修正成核模型及Gyarmathy液滴生长模型,采用非平衡凝结数学模型,准确预测了气体快速膨胀中凝结成核和液滴生长的过程,基于数值模拟结果,研究了进口过热度和旋转作用对工作轮流道内自发凝结过程的影响,并分析了流道内液滴数目密度、液滴直径及带液量的分布规律。模拟结果表明:当进口过热度不够低时,快速成核发生在工作轮内导流段并发展缓慢,致使气体始终保持在较高的过冷度状态且成核区域较大;非平衡自发凝结与二次涡流的相互作用产生的逆温梯度会带来附加热力学损失,同时增大的逆压梯度会造成更强的边界层分离,从而引起附加流动损失;对于径-轴式工作轮,在二次涡流区域、吸力面壁面附近及尾迹涡流区域内容易发生液滴的聚集,这很容易引起二次成核并形成大尺寸二次液滴,进而带来附加机械损失。

关键词：透平膨胀机自发凝结低温两相流动成核

接触模式对球床堆有效导热系数影响的数值分析

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西安交通大学学报 2019年第7期53卷 67-71页

作者：步珊珊陈波田兴孙皖马在勇张卢腾重庆大学低品位能源利用技术及系统教育部重点实验室

为了分析相邻颗粒的接触模式对有效导热系数的影响,数值分析了 3种不同的接触模式下有序堆积球床堆的有效导热系数。首先采用间隙模型分析了不考虑接触导热下的球床堆有效导热系数,然后采用面接触和短圆柱模型分析了考虑接触导热下的球... 详细信息

为了分析相邻颗粒的接触模式对有效导热系数的影响,数值分析了 3种不同的接触模式下有序堆积球床堆的有效导热系数。首先采用间隙模型分析了不考虑接触导热下的球床堆有效导热系数,然后采用面接触和短圆柱模型分析了考虑接触导热下的球床堆有效导热系数,最后分析了不同温度下接触模式对球床堆有效导热系数的影响。计算结果表明,在不考虑接触导热时,间隙模型下的球床堆计算结果与ZS关联式吻合很好。当考虑接触导热时,由于受网格质量限制,面接触计算模型的接触半径较大,因此计算的球床堆有效导热系数与ZSK关联式的结果相比误差较大;采用短圆柱接触模式计算发现,接触半径越小,计算得到的结果与ZSK关联式的结果吻合越好,因此在网格生成质量允许的情况下,推荐使用较小接触半径的短圆柱接触计算模型。同时发现随着温度的升高,接触模式对球床堆有效导热系数的影响减弱。

关键词：球床堆有效导热系数接触导热接触模式

基于COMSOL的全陶瓷微封装燃料元件建模与传热分析

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动力工程学报 2023年第11期43卷 1399-1405页

作者：王某浩步珊珊卢绪祥刘瑞长沙理工大学能源与动力工程学院长沙410114 重庆大学能源与动力工程学院重庆400044

采用COMSOL软件构建了全三维全陶瓷微封装(FCM)燃料元件模型,提出了一种FCM燃料元件内TRISO颗粒随机分布的高效建模方法,可以实现较高填充率的颗粒弥散填充。分析了不同颗粒填充率(35%、40%和45%)下以及不同颗粒随机分布下FCM燃料元件... 详细信息

采用COMSOL软件构建了全三维全陶瓷微封装(FCM)燃料元件模型,提出了一种FCM燃料元件内TRISO颗粒随机分布的高效建模方法,可以实现较高填充率的颗粒弥散填充。分析了不同颗粒填充率(35%、40%和45%)下以及不同颗粒随机分布下FCM燃料元件的温度分布特性。结果表明:FCM燃料元件中心区域温度高,沿径向温度降低;TRISO燃料颗粒特别是燃料核芯的温度明显高于周围基体的温度,温差可达130 K甚至更高,其中最大的温度梯度出现在Buffer层;在相同线功率下,随着颗粒填充率的增加,燃料芯块的最高温度降低,平均温度略有升高;受到颗粒分布随机性的影响,当颗粒填充率减小时,平均温度和最高温度分布的离散程度均增加,但总体上颗粒随机分布对燃料芯块平均温度的影响较小。

关键词： FCM燃料元件 TRISO颗粒颗粒随机分布建模填充率温度分布