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竖直窄矩形流道液泛特性研究

作　者: 李希川
导　师: 孙中宁
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 核能科学与工程
关键词: 两相逆向流动压差液泛竖直窄矩形流道液泛起始点
分类号: TL353.1
类　型: 博士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

液泛现象广泛存在于降膜蒸发器、回流冷凝器和热管等工业设备中。反应堆内可能出现的两相流逆向流动，特别是事故状态下蒸汽发生器内的回流冷凝极限对反应堆安全性具有重要影响。随着科技的发展和反应堆设计的不断改进，相应的堆芯换热通道由传统的较大口径变为窄小乃至微小尺寸，深入研究窄小通道内的液泛问题为开发新型反应堆提供理论基础和实验依据，具有重要实际意义。本文对竖直窄矩形流道液泛进行了理论分析和实验研究，通过流道内液泛试验现象与压差变化规律分析了气体入口条件、流道长度和流道间隙等因素与液泛起始点、完全携带点、流向反转点和液泛消失点的内在联系，阐述了竖直窄矩形流道内的液泛机理；分析了竖直窄矩形流道液泛产生的原因，深入研究了完全携带点、流向反转点和液泛消失点的影响因素；最后将竖直窄矩形流道液泛和传统流道液泛进行了对比。主要成果如下：1.与传统流道以压差突变判断液泛起始点不同，竖直窄矩形流道液泛发生时需要具备四点特征：流道内压差有明显的变化；有液体被携带出注水口；流道内液体下泄流量明显降低；流道内出现强烈扰动的液膜。2.在相同的液体流量下，发生液泛时，流道间隙越小所需要的气体流量越少。流道长度越长，流道内压力越大，发生液泛时所需要的气体流量越小。气体入口条件是影响液泛起始点的重要因素。平切口气体入口条件发生液泛时所需气体流速最低，喇叭口气体入口条件发生液泛时所需气体流速最高，斜切口介于喇叭口与平切口之间。三种气体入口条件的液泛产生位置不同，平切形入口和斜切形入口液泛在流道气体入口产生，而喇叭形入口液泛则在液体入口处产生。3.完全携带点与气体流量大小、气体入口条件和流道注水量无关。流向反转点与气体流量大小、气体入口条件和流道注水量无关，而与流道干燥程度有关；相同水流量条件下，流道湿润时发生流向反转所需的气体流量要比流道干燥时所需要的气体流量大的多。4.在不同的流道长度、流道间隙、气体入口条件下液泛消失现象均存在一定的滞后。水流量较小时，液泛起始点和消失点差别不太大，随液体流量的不断增大，液泛消失滞后现象越明显。流道间隙越小，滞后现象越明显；流道长度越长，液泛消失时需要的气体流量越低。5.窄矩形流道与传统流道液泛过程中压差变化趋势存在较大差异：传统流道发生液泛时，流道内压差发生突变，且为极大值，而在窄矩形流道内，发生液泛时，虽然流道内压差增大，但并没有发生突变，液泛发生时流道内压差并没有达到极大值，窄矩形流道内压差极大值发生在完全携带点。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-12
第1章绪论  12-27
  1.1 引言  12-13
  1.2 液泛过程简介  13-14
  1.3 液泛起始点计算关系  14-17
  1.4 两相流动模型研究  17-19
  1.5 液泛问题研究的发展状况  19-25
  1.6 窄通道液泛研究存在的问题  25
  1.7 本文研究的方法和主要内容  25-27
第2章实验装置及实验方法  27-37
  2.1 实验系统  27-33
    2.1.1 实验装置  28-31
    2.1.2 测量与数据采集系统  31-33
  2.2 误差分析  33-35
    2.2.1 液体流量误差分析  33-34
    2.2.2 气体流量误差分析  34-35
  2.3 实验方法及内容  35-36
    2.3.1 实验方法  35
    2.3.2 实验内容  35-36
  2.4 本章小结  36-37
第3章液泛机理及气液两相流动数值计算研究  37-54
  3.1 液泛机理研究  37-46
    3.1.1 波动机理  37-42
    3.1.2 携带水滴机理  42
    3.1.3 液膜流动机理  42-46
  3.2 两相流动数值计算  46-52
    3.2.1 物理模型  46-49
    3.2.2 基本方程组  49
    3.2.3 边界条件  49-51
    3.2.4 波动表面边界条件  51-52
  3.3 液泛发生时流道压差突变及流动不稳定性  52-53
  3.4 液泛起始点研究  53
  3.5 本章小结  53-54
第4章入口条件对竖直窄矩形流道液泛的影响  54-83
  4.1 不同气体入口条件下实验现象及流动特性  54-61
    4.1.1 平切口条件下实验现象及压差特性  54-57
    4.1.2 斜切形入口条件下流道压差特性  57-59
    4.1.3 喇叭形入口条件下流道压差特性  59-61
  4.2 液泛过程中实验段压差与流型变化研究  61-63
  4.3 气体入口条件对液泛起始点的影响  63-66
  4.4 窄矩形流道液泛与传统流道液泛对比  66-68
  4.5 气体入口条件对完全携带点及流向反转点的影响  68-70
    4.5.1 实验方法  68-69
    4.5.2 实验结果  69-70
  4.6 气体入口条件对液泛消失点的影响  70-81
    4.6.1 实验方法  70-71
    4.6.2 实验结果  71-75
    4.6.3 实验段水流量与气体流量关系  75-78
    4.6.4 无液泛滞后现象量增加及减少气体流量实验段压差特性  78-79
    4.6.5 液泛消失滞后的原因  79-81
  4.7 本章小结  81-83
第5章流道长度对竖直窄矩形流道液泛的影响  83-93
  5.1 不同流道长度实验现象及压差特性  83-86
    5.1.1 不同实验段长度条件下实验现象  83-85
    5.1.2 不同实验段长度条件下压差特性对比  85-86
  5.2 流道长度对液泛起始点的影响  86-89
    5.2.1 流道长度为 1000mm 液泛起始点  86-87
    5.2.2 流道长度为 500mm 液泛起始点  87-88
    5.2.3 不同流道长度液泛起始点的比较  88-89
  5.3 流道长度对液泛消失点的影响  89-91
    5.3.1 实验方法  89
    5.3.2 实验结果  89-91
  5.4 本章小结  91-93
第6章流道间隙对竖直窄矩形流道液泛的影响  93-106
  6.1 实验现象及压差变化分析  93-101
    6.1.1 不同流道间隙实验现象及压差特性研究  93-98
    6.1.2 压差特性研究  98-101
  6.2 流道间隙对窄矩形流道液泛起始点的影响  101-103
  6.3 流道长度对完全携带点、流向反转点的影响  103-104
  6.4 流道间隙对液泛消失点的影响  104
  6.5 水封实验现象研究  104-105
  6.6 本章小结  105-106
结论  106-108
参考文献  108-117
攻读博士期间发表的论文和取得的科研成果  117-118
致谢  118

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