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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

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贵州玉屏清洁热能有限公司

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... 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

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单根螺旋管内沸腾两相流动不稳定性实验研究

核动力工程 2024年

作者：郑鹏德汤琪芬李振中汪宁远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中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室

加热通道内发生沸腾相变时会出现流动不稳定，研究螺旋管内沸腾两相流动不稳定过程对螺旋管式直流蒸汽发生器的设计和运行具有重要意义。本文通过在热工实验平台中开展单根螺旋管内的沸腾两相流动实验，研究螺旋管中发生沸腾两相流动时... 详细信息

加热通道内发生沸腾相变时会出现流动不稳定，研究螺旋管内沸腾两相流动不稳定过程对螺旋管式直流蒸汽发生器的设计和运行具有重要意义。本文通过在热工实验平台中开展单根螺旋管内的沸腾两相流动实验，研究螺旋管中发生沸腾两相流动时的流动不稳定现象，通过实验分析加热功率上升过程中螺旋管内流量压降等参数在不同时刻的变化规律以及频谱特征，并将发生的沸腾两相流动不稳定性进行分类。结果表明在实验参数范围为：压力为0.1～3 MPa、流量为300～1200 kg/h、入口过冷度为20～100℃、实验段加热功率0～200 kW时，螺旋管加热通道内随着功率的增加会先出现流量漂移不稳定性，当流量漂移至另一流量值后，在低出口含汽率情况下会出现高频低振幅的密度波振荡，在高含汽率下会出现低频高振幅的密度波振荡。通过实验研究还发现入口过冷度、入口流量以及系统压力的增加均会提高系统的稳定性。

关键词：螺旋管流动沸腾流动不稳定性密度波振荡

复杂微小通道内超临界CO_(2)-水换热特性试验研究

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原子能科学技术 2023年第9期57卷 1750-1760页

作者：金峰陈德奇胡练黄彦平重庆大学能源与动力工程学院重庆400044 重庆科技学院机械与动力工程学院重庆400044 中国核动力研究设计院中核核反应堆热工水力技术重点实验室四川成都610041

印刷电路板式换热器(PCHE)作为超临界CO_(2)布雷顿循环的重要候选设备,其性能对新一代核反应堆安全性及经济性具有十分重要的意义。为探索超临界CO_(2)布雷顿循环Z字形PCHE预冷器通道内的换热性能,本文针对Z字形微小通道内的超临界CO_(... 详细信息

印刷电路板式换热器(PCHE)作为超临界CO_(2)布雷顿循环的重要候选设备,其性能对新一代核反应堆安全性及经济性具有十分重要的意义。为探索超临界CO_(2)布雷顿循环Z字形PCHE预冷器通道内的换热性能,本文针对Z字形微小通道内的超临界CO_(2)-水换热开展了试验研究。超临界CO_(2)试验条件如下:压力7.5~9.0 MPa、温度50~90℃、流量300~600 kg/(m^(2)·s);试验本体直径2.0 mm、节距7.24 mm、弯折角40°。通过布置多个温度测点,获得复杂微小通道内沿程温度分布数据,研究了不同工况参数对沿程对数平均温差及整体换热系数的影响,并进一步评估了整体法与分段法对计算结果的影响。结果表明,整体换热系数在拟临界区附近呈现较高水平。在给定工况下,提高CO_(2)入口温度对换热器整体换热系数的影响较小;随着入口压力的提高,整体换热系数峰值降低;增大入口质量流速可明显提高换热器的整体换热能力。另外,在靠近拟临界的换热工况中,整体法与分段法的整体换热系数计算结果偏差明显,而在跨拟临界的换热工况中,计算结果偏差明显减小。

关键词：超临界CO_(2) 布雷顿循环印刷电路板式换热器 Z字形通道

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高温球床壁面区域有效导热系数模型优化

原子能科学技术 2022年第8期56卷 1626-1632页

作者：步珊珊陈波杨光超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 中广核研究院有限公司广东深圳518000

有效导热系数用来表征高温气冷球床堆堆芯综合传热能力,提高球床有效导热系数的预测精度对于高温气冷球床堆的热工设计和安全分析十分重要。为了优化球床壁面区域有效导热系数模型,本文针对无序石墨球床有效导热系数开展数值研究,分析... 详细信息

有效导热系数用来表征高温气冷球床堆堆芯综合传热能力,提高球床有效导热系数的预测精度对于高温气冷球床堆的热工设计和安全分析十分重要。为了优化球床壁面区域有效导热系数模型,本文针对无序石墨球床有效导热系数开展数值研究,分析了无序堆积球床主体区域、近壁面区域以及壁面区域有效导热系数的分布特性。结果表明:壁面区域有效导热系数相对于主体区域和近壁面区域显著降低,其平均降幅约为22%。因此引入了修正系数C_(w)对ZBS模型在壁面区域进行优化,对于球床主体区域及近壁面区域修正系数C_(w)=1,对于壁面区域,修正系数C_(w)=0.78。通过与前期无序球床实验数据和南非HTTU实验数据的对比,验证了优化后的ZBS模型能较好地预测球床壁面区域有效导热系数。

关键词：球床堆有效导热系数 ZBS模型壁面区域

矩形窄通道内汽泡滑移与冷凝前期生长模型研究

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核动力工程 2023年第2期44卷 69-76页

作者：张林刘汉周刘晓晶陈勇陈德奇上海交通大学核科学与工程学院上海200240 重庆大学能源与动力工程学院重庆400044

矩形窄流道内汽泡生长会直接改变相界面浓度,从而影响流道的传热传质性能。为获得适用于窄流道内不同类型的汽泡生长模型,基于通体可视的实验本体,开展壁面沸腾流动换热实验。基于传热能量方程,研究过冷沸腾中汽泡滑移与冷凝前期两种情... 详细信息

矩形窄流道内汽泡生长会直接改变相界面浓度,从而影响流道的传热传质性能。为获得适用于窄流道内不同类型的汽泡生长模型,基于通体可视的实验本体,开展壁面沸腾流动换热实验。基于传热能量方程,研究过冷沸腾中汽泡滑移与冷凝前期两种情况下汽泡生长模型。实验结果表明汽泡呈现两种形式的生长,即汽泡滑移生长以及冷凝前期生长。建立了两种情况下的汽泡生长模型,实验数据验证模型误差在20%以内。因此,本研究能为沸腾两相数值模拟提供更加精细化的汽泡生长模型,从而提高汽泡行为的预测精度。

关键词：冷凝前期生长汽泡滑移生长四面可视化壁面沸腾实验研究

复杂微小通道内超临界CO-水换热特性试验研究

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原子能科学技术 2023年

作者：金峰陈德奇胡练黄彦平重庆科技学院机械与动力工程学院重庆大学能源与动力工程学院中国核动力研究设计院中核核反应堆热工水力技术重点实验室

印刷电路板式换热器(PCHE)作为超临界CO2布雷顿循环的重要候选设备,其性能对新一代核反应堆安全性及经济性具有十分重要的意义。为探索超临界CO2布雷顿循环Z字形PCHE预冷器通道内的换热性能,本文针对Z字形微小通道内的超临界CO2-水换热... 详细信息

印刷电路板式换热器(PCHE)作为超临界CO2布雷顿循环的重要候选设备,其性能对新一代核反应堆安全性及经济性具有十分重要的意义。为探索超临界CO2布雷顿循环Z字形PCHE预冷器通道内的换热性能,本文针对Z字形微小通道内的超临界CO2-水换热开展了试验研究。超临界CO2试验条件如下:压力7.5～9.0 MPa、温度50～90℃、流量300～600 kg/(m2·s);试验本体直径2.0 mm、节距7.24 mm、弯折角40°。通过布置多个温度测点,获得复杂微小通道内沿程温度分布数据,研究了不同工况参数对沿程对数平均温差及整体换热系数的影响,并进一步评估了整体法与分段法对计算结果的影响。结果表明,整体换热系数在拟临界区附近呈现较高水平。在给定工况下,提高CO2入口温度对换热器整体换热系数的影响较小;随着入口压力的提高,整体换热系数峰值降低;增大入口质量流速可明显提高换热器的整体换热能力。另外,在靠近拟临界的换热工况中,整体法与分段法的整体换热系数计算结果偏差明显,而在跨拟临界的换热工况中,计算结果偏差明显减小。

关键词：超临界CO 布雷顿循环印刷电路板式换热器 Z字形通道

摇摆条件下竖直圆管内干涸型临界沸腾的数值研究

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核动力工程 2022年第5期43卷 63-69页

作者：祁伟步珊珊李振中马在勇张卢腾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

针对摇摆条件下竖直圆管内干涸型临界热流密度(Dryout CHF)进行了三维数值计算,研究了摇摆条件下竖直圆管内相态分布特性、圆管内临界热流密度(CHF)的位置以及最高壁面温度,同时对管壁沿程换热系数特性进行了分析。结果表明:在摇摆条件... 详细信息

针对摇摆条件下竖直圆管内干涸型临界热流密度(Dryout CHF)进行了三维数值计算,研究了摇摆条件下竖直圆管内相态分布特性、圆管内临界热流密度(CHF)的位置以及最高壁面温度,同时对管壁沿程换热系数特性进行了分析。结果表明:在摇摆条件下,圆管内相分布呈现周期性变化,CHF的位置也会发生周期性变化;同时发现摇摆运动会导致壁面最高温度更高,因此摇摆条件会使沸腾临界现象更严重。随着流型转变和沸腾传热机制的变化,管壁换热系数沿流动方向也会显著变化。本研究可以为摇摆条件下Dryout CHF的数值预测提供参考。

关键词：干涸型临界热流密度(Dryout CHF) 摇摆条件壁面温度换热系数

单棒通道流动振荡诱发沸腾临界可视化实验研究

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核动力工程 2022年第1期43卷 35-41页

作者：刘海东陈德奇秦江刘汉周颜培刚刘伟哈尔滨工业大学能源科学与工程学院空天热物理工业和信息化部重点实验室哈尔滨150001 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 中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室成都610213

为深入分析沸腾两相流动振荡诱发沸腾临界的影响特性,本文以去离子水为工质,横截面19 mm×19 mm、中心为外径9.5 mm的单棒通道为研究对象,通过在不同热工参数下开展沸腾两相流动特性可视化实验研究,结合汽泡行为和汽-液界面特性,分析流... 详细信息

为深入分析沸腾两相流动振荡诱发沸腾临界的影响特性,本文以去离子水为工质,横截面19 mm×19 mm、中心为外径9.5 mm的单棒通道为研究对象,通过在不同热工参数下开展沸腾两相流动特性可视化实验研究,结合汽泡行为和汽-液界面特性,分析流动振荡诱发沸腾临界的影响特性。研究结果表明,低压力、低质量流速和低入口过冷度下,极易出现流动振荡,并导致沸腾临界提前发生,此时的临界热流密度与稳定工况下相比明显偏低;随着壁面热流密度不断增加,流道中两相流型先后出现泡状流、弹状流、合并弹状流、搅混流、剧烈搅混流、不稳定环状流;当流动出现剧烈振荡时,流道存在回流;发生沸腾临界时流道压降波动最大,对应的流型为不稳定环状流。因此,单棒通道内流动振荡可能会导致沸腾临界提前发生。

关键词：可视化实验两相流流动振荡汽泡沸腾临界

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基于CFD分析的文丘里流量计设计优化

原子能科学技术 2022年第6期56卷 1196-1203页

作者：赵二雷李林坤王广金陈德奇徐建军重庆大学能源与动力工程学院重庆400044 中国核动力研究设计院四川成都610213

质量流量是核电站热功率核算的关键参数之一,核电站一般采用文丘里流量计和孔板流量计同时测量,然而在低流量区文丘里流量计呈现出明显波动,其参数不稳定严重影响核电站的正常运行。本文基于理论分析结合数值分析,发现脉动流动是导致文... 详细信息

质量流量是核电站热功率核算的关键参数之一,核电站一般采用文丘里流量计和孔板流量计同时测量,然而在低流量区文丘里流量计呈现出明显波动,其参数不稳定严重影响核电站的正常运行。本文基于理论分析结合数值分析,发现脉动流动是导致文丘里流量计测量波动的主要原因。基于分析结果,对文丘里流量计提出了优化设计方案,通过在文丘里管上游集成流量调整装置,从而减小脉动流,有效提升文丘里流量计的稳定性。此外,开展了集成不同类型流量调整装置的文丘里流量计压损特性数值研究,结果表明K-Lab型流量调整装置阻力较小。本文提出的方案可有效提升文丘里流量计测量精度。

关键词： CFD 文丘里流量计流量调整装置设计优化