摇摆窄矩形通道全尺寸回路单相自然循环的流动与传热特性数值研究

发布时间：2017-09-09 01:10

  本文关键词：摇摆窄矩形通道全尺寸回路单相自然循环的流动与传热特性数值研究

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【摘要】：论文对摇摆条件下单相水的自然循环系统进行了三维数值模拟研究,重点分析了摇摆条件对单相水的自然循环系统的流动与传热特性的影响。针对去离子水为工质的矩形通道实验段的全尺寸自然循环系统回路;采用ICEM构建结构化六面体网格;以Fluent求解器内已封装好的模型为基础,结合自定义函数接口加入海洋条件的数学模型,并对重力项进行相应处理,以此建立起海洋条件下单相水自然循环系统的仿真模型。分别对静止和摇摆这两个典型的海洋条件进行模拟,重点观察了不同工况对静止系统的自然循环能力的影响,以及摇摆对系统的自然循环能力、阻力特性、传热特性的影响。从总压降中分离出摩擦压降,分析摇摆过程中实验段内摩擦压降、附加压降的变化特点,引出影响自然循环系统换热能力的关键因素——二次流,并透过绝对涡通量表征出二次流的强度,并以此对二次流进行了定量的分析,得出了摇摆条件下自然循环系统中质量流速和表面传热系数等参数波动曲线中极值点出现延迟现象的主要原因。通过三维CFD模拟研究得到如下结论:(1)摇摆造成自然循环系统的速度、压降、加热壁面的表面传热系数、加热壁面温度、实验段出口温度等参数周期性波动。这种波动随着摇摆周期减小(或摇摆振幅的增大)而增大。(2)在高强度的摇摆作用下会使系统内出现回流,回流会使系统内的传热状况恶化,并使回路内流体的流动及传热特性变得更加复杂,以往的经验关系式已不再适用。(3)高强度的摇摆作用引起的回流会使系统加热段内的流体在较低的加热功率下达到饱和,这种单相状态在高强度的摇摆作用下必将过渡到两相的状态。(4)摇摆作用引起流道内的二次流急剧增强,二次流是造成系统的循环速度、加热面的表面传热系数等参数的极值点出现延迟现象的主要原因。(5)摇摆作用对自然循环系统循环能力的影响分为两个方面:一方面是摇摆使系统回路发生倾斜,改变了系统的有效高差,进而改变系统的驱动压头;另一方面是摇摆产生的附加惯性力影响自然循环系统内流体的流动;本文经定量分析之后发现在高强度的摇摆条件下后者的作用远大于前者。
【关键词】：摇摆运动 全尺寸回路 自然循环 数值模拟
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK124
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 1 绪论8-14
• 1.1 引言8-9
• 1.2 国内外研究现状9-12
• 1.3 目前存在的不足之处12-13
• 1.4 研究目标13-14
• 2 海洋条件下自然循环系统的数理模型14-30
• 2.1 研究对象14
• 2.2 模型简化及模拟计算假设14-15
• 2.3 几何模型的建立和网格的绘制15-19
• 2.3.1 几何模型介绍15-16
• 2.3.2 网格的选择16-17
• 2.3.3 网格的绘制17-19
• 2.4 求解器的设置19-23
• 2.4.1 物性参数设置19-20
• 2.4.2 湍流模型20-21
• 2.4.3 近壁模型21-23
• 2.4.4 边界及初始条件23
• 2.4.5 求解控制23
• 2.5 海洋条件的数学模型23-25
• 2.5.1 海洋条件的数学描述23-25
• 2.5.2 附加惯性力项的处理25
• 2.5.3 重力项处理25
• 2.6 模型的验证25-29
• 2.6.1 概述25-26
• 2.6.2 网格无关性分析26-27
• 2.6.3 与系统程序模拟的对比27-28
• 2.6.4 海洋条件的数学模型验证28-29
• 2.7 本章小结29-30
• 3 摇摆对自然循环流动特性影响30-54
• 3.1 工况参数对静止单相水自然循环系统质量流速的影响30-36
• 3.1.1 质量流率的捕捉30-33
• 3.1.2 加热功率对系统循环能力的影响33-35
• 3.1.3 压力对系统循环能力的影响35
• 3.1.4 入口过冷度对系统循环能力的影响35-36
• 3.2 摇摆对单相水自然循环质量流率的影响36-39
• 3.2.1 摇摆周期对系统循环能力的影响36-37
• 3.2.2 摇摆振幅对系统循环能力的影响37-39
• 3.3 摇摆对单相水自然循环系统压降特性影响39-48
• 3.3.1 摇摆工况下实验段内压降的组成39-41
• 3.3.2 摇摆对实验段压降的影响分析41-48
• 3.4 摇摆对单相水自然循环系统驱动力的影响48-51
• 3.5 本章小结51-54
• 4 摇摆对自然循环系统传热特性影响54-75
• 4.1 摇摆条件对壁面温度的影响54-55
• 4.2 摇摆对矩形流道内截面温度分布的影响55-57
• 4.3 摇摆条件对出口温度影响57-64
• 4.4 摇摆对自然循环传热特性影响机理分析64-72
• 4.4.1 通道内二次流强度的描述64-69
• 4.4.2 通道内二次流换热机理分析69-72
• 4.5 本章小结72-75
• 5 主要结论与建议75-77
• 5.1 主要结论及创新点75-76
• 5.2 进一步工作与建议76-77
• 致谢77-79
• 参考文献79-80

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本文编号：817402