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基于汽泡动力学特性的窄矩形通道内的CHF机理模型

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核技术 2022年第10期45卷 101-109页

作者：闫美月潘良明马在勇李想万灵峰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 重庆大学核工程与核技术系重庆400044

窄矩形通道因具有结构紧凑,换热面积大等优点而被广泛应用于各大热流领域。通过完善窄矩形通道中临界热流密度的预测方法,建立临界热流密度(Critical Heat Flux,CHF)机理模型,可以提高反应堆安全性和经济性。本文对窄矩形通道内竖直向... 详细信息

窄矩形通道因具有结构紧凑,换热面积大等优点而被广泛应用于各大热流领域。通过完善窄矩形通道中临界热流密度的预测方法,建立临界热流密度(Critical Heat Flux,CHF)机理模型,可以提高反应堆安全性和经济性。本文对窄矩形通道内竖直向上流动CHF进行了实验研究,并结合相关实验研究发现,对窄矩形通道中存在的两种典型的汽泡(滑移型汽泡和浮升型汽泡)进行分析验证。在此基础上,开发了一种基于窄矩形通道汽泡动力学特性的CHF机理模型,并提供一组本构关系用于封闭所开发的模型,同时使用实验数据对提出的模型进行评价,对比结果发现,新模型在窄矩形通道中预测结果良好,误差小于±30%。

关键词：临界热流密度窄矩形通道汽泡动力学机理模型

LBE下降流场中传热管微裂纹处蒸汽泡动力学数值模拟研究

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核技术 2022年第12期45卷 93-105页

作者：董伟健丛腾龙朱俊志肖瑶邹旭毛顾汉洋上海交通大学机械与动力工程学院上海200030 中广核研究院有限公司深圳518000

铅铋冷却快堆(Lead-Bismuth Cooled Fast Reactor)蒸汽发生器传热管发生破口(Steam Generator Tube Rupture,SGTR)事故时,高压水蒸汽进入一次侧高温液态金属。根据破口位置和尺寸不同,破口泄漏行为可能涉及破前泄漏(Leak-Before-Break,L... 详细信息

铅铋冷却快堆(Lead-Bismuth Cooled Fast Reactor)蒸汽发生器传热管发生破口(Steam Generator Tube Rupture,SGTR)事故时,高压水蒸汽进入一次侧高温液态金属。根据破口位置和尺寸不同,破口泄漏行为可能涉及破前泄漏(Leak-Before-Break,LBB)、单相临界流或两相临界流,不同形态的水在高温液态金属作用下发生不同形式的热质传输行为,对铅铋冷却快堆的安全运行具有重要影响。针对SGTR不同阶段,开展了系列研究,重点关注管内干涸阶段SGTR,传热管微裂纹低流量单相蒸汽渗入螺旋管束间液态铅铋合金(Lead-Bismuth Alloy,LBE)下降流场中汽泡动力学行为。基于VOF(Volume of Fluid)模型建立蒸汽-LBE两相流动及相界面捕捉数值模拟模型,研究高温LBE向下运动的流场中的单根传热管和3×3管束表面蒸汽泡生长与脱离行为。研究结果表明:汽泡在下降流场中的动力学行为与静止或向上流动的液体中的行为存在较大区别,蒸汽泡受LBE下降流场和浮力的作用脱离裂纹处后可能会沿着传热管表面滑动,在部分工况下蒸汽泡可能形成覆盖传热管表面的蒸汽膜或在管束区域内大量堆积,给LBE流动稳定性和蒸汽发生器换热带来不利影响。

关键词：铅铋冷却快堆 SGTR 下降流场 LBB 汽泡动力学

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毛细微槽中汽泡动力学行为可视化研究

工程热物理学报 2009年第7期30卷 1175-1177页

作者：武利媛胡学功唐大伟中国科学院工程热物理研究所北京100190

本文在透明的硼硅玻璃表面加工矩形毛细微槽,利用高速摄影仪对竖直开放式毛细微槽中的汽泡动力学行为进行了可视化研究。研究结果证实了在竖直微槽中不存在汽泡脱离壁面的现象。同时实验结果表明:汽泡生长可分为三个不同的阶段,且生命... 详细信息

本文在透明的硼硅玻璃表面加工矩形毛细微槽,利用高速摄影仪对竖直开放式毛细微槽中的汽泡动力学行为进行了可视化研究。研究结果证实了在竖直微槽中不存在汽泡脱离壁面的现象。同时实验结果表明:汽泡生长可分为三个不同的阶段,且生命周期大为缩短;常规尺寸的池沸腾理论预测模型已不能很好地预测其生长规律。

关键词：毛细微槽汽泡动力学可视化

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窄流道内压力对汽泡动力学特性的影响

工程热物理学报 2009年第4期30卷 605-607页

作者：袁德文潘良明陈德奇陈军重庆大学动力工程学院重庆400044 中国核动力研究设计院四川成都610041

本文采用流道间隙为2 mm和2.5 mm的实验段,以水为工质,对流动过冷沸腾时不同压力下汽泡动力学特性进行了研究。发现在较高压力下,壁面要达到更高的过热度才会出现汽泡,汽泡生长时间更长,汽泡直径较小,生长速度较低;较高压力下生长的汽... 详细信息

本文采用流道间隙为2 mm和2.5 mm的实验段,以水为工质,对流动过冷沸腾时不同压力下汽泡动力学特性进行了研究。发现在较高压力下,壁面要达到更高的过热度才会出现汽泡,汽泡生长时间更长,汽泡直径较小,生长速度较低;较高压力下生长的汽泡成串排列在加热壁面上,其沿壁面滑移距离随着过冷度和热流密度的增加而增大。较高压力下小汽泡容易发生滑移现象的原因在于高压力使气泡的直径减小,导致气泡的受力发生改变,而使气泡的行为发生改变。

关键词：窄流道汽泡动力学压力效应

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一个新的核态沸腾汽泡动力学模型

工程热物理学报 2002年第1期23卷 71-74页

作者：李骥张正芳刘登瀛中国科学院工程热物理所北京100080

本文在经典汽泡动力学理论基础上，提出了描述汽泡生长过程的综合界面模型．本模型的核心在于汽泡内部的热力学过程的详细分析及汽液界面的传热、传质过程的详细描述．并对汽泡生长过程进行了模拟计算，给出了动力学控制阶段的时间范围... 详细信息

本文在经典汽泡动力学理论基础上，提出了描述汽泡生长过程的综合界面模型．本模型的核心在于汽泡内部的热力学过程的详细分析及汽液界面的传热、传质过程的详细描述．并对汽泡生长过程进行了模拟计算，给出了动力学控制阶段的时间范围．本模型对汽泡生长、汽膜发展的理论分析及数值模拟提供了良好的基础．

关键词：汽泡动力学核态沸腾数学模型动力学模型工质流态

核反应堆两相流和严重事故关键现象粒子法模拟研究

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中国科学:技术科学 2024年第7期54卷 1318-1328页

作者：陈荣华田文喜郭凯伦张魁秋穗正苏光辉西安交通大学核科学与技术学院陕西省先进核能技术重点实验室

针对核反应堆冷却剂两相流动沸腾和严重事故熔融物迁移行为等热工安全领域重要难点问题,开发了高精度移动粒子半隐式法求解技术,建立了大密度比相间复杂界面捕捉及汽液相变模拟的两相流粒子法模型,开发了核反应堆严重事故中堆芯降级行... 详细信息

针对核反应堆冷却剂两相流动沸腾和严重事故熔融物迁移行为等热工安全领域重要难点问题,开发了高精度移动粒子半隐式法求解技术,建立了大密度比相间复杂界面捕捉及汽液相变模拟的两相流粒子法模型,开发了核反应堆严重事故中堆芯降级行为的氧化共晶、高温蠕变、消熔凝固及再定位过程粒子法模型,形成了基于粒子法的核反应堆关键热工安全现象复杂过程分析软件平台PANDA,实现了核反应堆冷却剂两相流汽泡动力学、严重事故等复杂现象过程的准确模拟.

关键词：核反应堆汽泡动力学严重事故粒子法 PANDA平台

基于格子Boltzmann方法的汽泡动力学特性研究

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基于格子Boltzmann方法的汽泡动力学特性研究

作者：吕鑫狄哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

沸腾传热和汽液两相流广泛存在于核反应堆系统中,沸腾传热和汽液两相流的分析和研究以汽泡动力学为基础,汽泡的动力学行为,如汽泡的产生、生长、脱离、上升、变形、分裂、碰撞、合并以及破裂等过程,是深入研究汽液两相流沸腾传热的基础... 详细信息

沸腾传热和汽液两相流广泛存在于核反应堆系统中,沸腾传热和汽液两相流的分析和研究以汽泡动力学为基础,汽泡的动力学行为,如汽泡的产生、生长、脱离、上升、变形、分裂、碰撞、合并以及破裂等过程,是深入研究汽液两相流沸腾传热的基础,汽泡在自由液面处破裂而携带出小液滴,是影响蒸汽发生器汽水分离器效率和液池内气溶胶释放的关键物理过程。因此十分有必要对汽液两相流的汽泡动力学特性开展深入研究。本文首先基于自由表面模型改进现有的格子Boltzmann方法,在开源程序的基础上开发适用于两相流汽泡动力学研究的自由表面格子Boltzmann方法计算程序FSLBM,并通过方腔流和液滴变形基准题对其进行验证。然后建立了汽泡在流场中的上升、变形、碰撞和合并行为的数值分析模型,分析单个汽泡上升过程中的形状、速度变化过程,研究了多个汽泡同轴和异轴合并过程中的形状、速度场分布、上升速度等特性参数的变化情况。获得了不同厄特沃什数和莫顿数下上升汽泡的动态演变过程,得到了汽泡上升过程中雷诺数随时间的变化情况,将数值模拟获得不同厄特沃什数和莫顿数时上升汽泡的最终形状和雷诺数与实验结果进行了比较,模拟结果与实验结果吻合较好。分析了汽泡数量和相对位置对合并过程中汽泡形状和速度场的影响规律,揭示了前导汽泡对尾流汽泡的影响机制。受前导汽泡尾流影响,尾随汽泡加速接近前导汽泡并发生合并。最后建立了单个和多个汽泡上升到自由液面处发生破裂这一过程的数值分析模型,通过数值模拟获得了汽泡在自由液面处的破裂过程,研究汽泡尺寸、流体物性等参数以及多个汽泡相互作用对汽泡破裂及产生膜液滴的影响。汽泡在自由液面破裂并产生膜液滴的过程与汽泡尺寸和流体物性参数密切相关,不同厄特沃什数和莫顿数条件下液膜破裂速度和膜液滴和数量和分布不同。由上方汽泡破裂产生的液面波动可以减缓下方汽泡破裂时的激烈程度。在厄特沃什数和莫顿数较大的情况下,减小相邻汽泡间距会提前汽泡的破裂时间。对于厄特沃什数和莫顿数较小的情况,相邻汽泡间距对汽泡破裂的影响几乎没有。本论文在格子Boltzmann方法开源程序的基础上,开发了汽泡自由表面分析模型,形成绝热条件下的两相汽泡动力学程序FSLBM,可用于研究汽泡在流场中的上升、变形、合并以及汽泡在自由液面处的破裂过程,获得了绝热条件下汽泡在不同流动条件下的动力学行为规律,相关研究成果可以为两相流动传热机理研究和反应堆安全运行提供基础支持。

关键词：汽泡动力学自由表面格子Boltzmann方法汽泡合并汽泡破裂

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瞬变外力场下窄缝内汽泡动力学特性研究进展

瞬变外力场下窄缝内汽泡动力学特性研究进展

中国核学会2019年学术年会

作者：徐建军文彦谢添舟黄彦平肖泽军陈炳德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

瞬变外力场下两相流动和沸腾传热特性研究有着重要的应用背景而备受关注,为深入了解瞬变外力场下通道内两相流动和沸腾传热机理,本文系统总结了瞬变外力场下矩形通道内汽泡生长和脱离特性、汽泡群运动特性、过冷沸腾起始点和脱离点以及... 详细信息

瞬变外力场下两相流动和沸腾传热特性研究有着重要的应用背景而备受关注,为深入了解瞬变外力场下通道内两相流动和沸腾传热机理,本文系统总结了瞬变外力场下矩形通道内汽泡生长和脱离特性、汽泡群运动特性、过冷沸腾起始点和脱离点以及两相沸腾传热特性等方面研究成果;同时基于汽泡动力学现象、影响规律认识和相关模型的综合分析,讨论了瞬变外力场对汽泡动力学以及两相沸腾传热特性的影响机理。针对目前的研究现状以及所存在的问题,建议了后续瞬变外力场下两相流动和换热机理的研究方向。

关键词：沸腾传热汽泡动力学瞬变外力场

来源： cnki会议评论

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cnki会议

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倾斜棒束通道过冷沸腾传热模型研究

原子能科学技术 2023年第8期57卷 1544-1552页

作者：李宗坤范广铭曾晓波严一鸣马富兵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

过冷沸腾由于相变的存在导致传热大幅增强而广泛应用于多数换热设备中,棒束中过冷沸腾的应用十分广泛。在特定应用条件下,棒束会在倾斜条件下进行工作,因此,倾斜加热棒束壁面过冷流动沸腾传热特性的研究十分重要。本文结合汽泡动力学,... 详细信息

过冷沸腾由于相变的存在导致传热大幅增强而广泛应用于多数换热设备中,棒束中过冷沸腾的应用十分广泛。在特定应用条件下,棒束会在倾斜条件下进行工作,因此,倾斜加热棒束壁面过冷流动沸腾传热特性的研究十分重要。本文结合汽泡动力学,根据倾斜工况下汽泡脱离特点,制定了倾斜条件下汽泡脱离准则,并对汽泡进行受力计算,得到了汽泡脱离直径等相关参数。此外,以力平衡模型作为汽泡参数计算基础,考虑倾斜壁面汽泡行为特征——只存在脱离汽泡,建立了倾斜棒束壁面热流分配机理模型,实现了对壁面热流密度的计算。模型计算结果表明,在误差线±20%以内可捕捉81.25%的数据,平均相对误差约为13.07%。

关键词：过冷流动沸腾倾斜加热棒束汽泡动力学壁面热流分配机理模型