棒束通道内相态分布特性及影响机制研究

发布时间：2023-02-23 18:14

　　气液两相流广泛存在于油气储运、化学反应器、核反应堆、制冷等领域中。气液两相流的固有复杂性,如界面易变形、相态分布不均匀及两相相对运动等,使得其质量、动量、能量的传递机制复杂。作为反应堆、热交换器等设备中常见结构,棒束通道内流动、传热、临界热流密度等特性对系统与设备的安全和高效运行至关重要,特别是反应堆热工水力和安全分析等问题中。棒束通道中相态分布特性的转变往往引起两相流动阻力、传热、临界热流密度等特性的变化,是两相流动与传热的决定性因素。因此,有必要对棒束通道内相态分布特性及其影响机理进行深入研究与分析。然而,目前气液两相流的测量手段十分有限,尤其是对复杂的棒束结构,这严重限制了相关研究的开展。因此,本文基于气液两相电学性能的差异,首次开发出了子通道空泡仪测量不同子通道内的空泡份额,同时开发了四探头电导探针对棒束通道内局部两相参数进行详细测量,分析了棒束通道中相态分布的宏观特性、局部参数分布特性及其影响机制,提出了棒束通道内空泡壁峰分布向核峰分布的转变模型、子通道分布参数模型,可为实际的核反应堆、换热器等相关系统设计与设备安全运行等提供参考。本文开发的子通道空泡仪测量频率为10 kHz...

【文章页数】：149 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
主要符号表
1.绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 棒束通道内相态分布的测量方法
        1.2.1 电学法
        1.2.2 射线法
        1.2.3 其他方法
    1.3 棒束通道内相态分布宏观特性：流型分类及其特征
        1.3.1 棒束通道内流型定义及分类
        1.3.2 棒束通道内流型识别方法
    1.4 棒束通道内两相局部参数分布
        1.4.1 相态分布特性及作用机制
        1.4.2 定位格架的影响
    1.5 棒束通道内分布参数研究
    1.6 研究现状总结及问题的提出
    1.7 研究目的及主要研究内容
2.实验装置及参数测量方法
    2.1 实验回路系统
    2.2 实验段设计
    2.3 实验测量仪器及方法
        2.3.1 四探头电导探针
        2.3.2 子通道空泡仪
        2.3.3 其他工况参数测量及范围
    2.4 数据采集及处理
        2.4.1 电导探针数据处理及验证
        2.4.2 子通道空泡仪数据处理及标定
        2.4.3 数据采集系统
        2.4.4 工况参数的处理
    2.5 实验误差传递及分析
        2.5.1 直接测量误差
        2.5.2 间接测量误差
3.棒束通道内相态分布宏观特性：子通道流型
    3.1 子通道流型特征及其定义
        3.1.1 泡状流
        3.1.2 帽状流
        3.1.3 帽状搅混流
        3.1.4 搅混流
        3.1.5 环状流
    3.2 流型识别方法
        3.2.1 特征参数的选择
        3.2.2 随机森林聚类算法
    3.3 简易格架子通道流型图
    3.4 简易格架子通流型转变与文献对比
    3.5 边壁效应对子通道流型的影响
    3.6 角子通道流型沿轴向发展
    3.7 定位格架对子通道流型转变的影响
    3.8 本章小结
4.棒束通道内相态分布局部特性
    4.1 径向分布特性
        4.1.1 空泡份额
        4.1.2 界面面积浓度
        4.1.3 气泡速度
        4.1.4 气泡弦长
    4.2 带搅混翼片定位格架的影响
        4.2.1 对单组(One-group)两相分布的影响
        4.2.2 对双组(Two-group)两相分布的影响
    4.3 局部空泡特性的轴向发展特性
        4.3.1 单组(One-group)两相流相态分布轴向发展
        4.3.2 双组(Two-group)两相流相态分布轴向发展
    4.4 一维空泡份额输运特性
        4.4.1 单组(One-group)两相流
        4.4.2 双组(Two-group)两相流
    4.5 一维界面面积浓度输运特性
        4.5.1 单组(One-group)两相流
        4.5.2 双组(Two-group)两相流
    4.6 本章小结
5.棒束通道内空泡分布的转变
    5.1 棒束通道内空泡壁峰分布与核峰分布特性
    5.2 两相空泡分布的影响因素
        5.2.1 气相表观流速
        5.2.2 液相表观流速
        5.2.3 定位格架
        5.2.4 系统压力
        5.2.5 几何尺寸
    5.3 棒束通道内气泡横向受力分析
        5.3.1 升力
        5.3.2 壁面(润滑)力
        5.3.3 湍流耗散力
    5.4 空泡壁峰分布向核峰分布转变的模型
    5.5 本章小结
6.棒束通道两相流漂移流模型的分布参数
    6.1 棒束通道内两相分布参数模型的主要研究方法
        6.1.1 采用常规流道的模型
        6.1.2 线性拟合法
        6.1.3 基于实验数据的综合拟合法
        6.1.4 定义积分法
        6.1.5 假设漂移流速度法
    6.2 棒束通道分布参数模型的评估
        6.2.1 分布参数
        6.2.2 漂移流速度
        6.2.3 空泡份额预测误差
    6.3 棒束子通道分布参数的新模型
    6.4 边壁效应对分布参数的影响
    6.5 分布参数的轴向发展
    6.6 定位格架对分布参数的影响
    6.7 本章小结
7.结论与展望
    7.1 结论
    7.2 创新点
    7.3 下一步工作及展望
致谢
参考文献
附录
    A.作者在攻读博士学位期间发表的论文目录
    B.作者在攻读学位期间主要参与科研项目



本文编号：3748493