偏离泡核沸腾型临界热流密度CMFD预测关键模型研究

发布时间：2020-05-21 02:29

【摘要】：泡核沸腾具有高的传热系数,能够有效地带走压水堆堆芯产生的热量。但是泡核沸腾的高传热系数会受到临界热流密度(CHF)现象的限制,在压水堆中,这一现象表现为偏离泡核沸腾(DNB)。此时,沸腾产生的气泡会在壁面聚集,导致传热恶化,壁面温度飞升,最终可能导致堆芯的熔毁。因此,DNB型CHF的预测是压水堆热工水力分析的重要内容。目前,常用的预测方法有经验关系式法或者查询表法。近几年来,随着两相计算流体力学(CMFD)的发展,利用该方法预测DNB型CHF也成为了一种行之有效的方法。在之前的工作中,已经使用商用CFD程序STAR-CCM+对DNB型CHF进行了初步的预测,但是结果并不是很理想。为了改善计算结果,本文针对其中的关键模型进行了研究。对预测结果准确性影响很大的两个模型是气泡脱离直径模型和壁面函数模型。本文首先列出了目前常用的几个气泡脱离直径模型,并利用Sugrue的实验数据来验证各个模型的准确性,最终在本模拟中选择了Klausner的力平衡模型。对壁面函数的改进,选择了目前常用的粗糙壁面模型,将气泡对流场的影响等效为壁面粗糙度。为了评估模型的适用性,本文随后模拟了DEBORA实验工况,比较了相关参数的计算值与实验值,结果表明,力平衡模型及粗糙壁面模型的使用能够大幅提升计算结果。之后,本文又模拟了简单圆管内水的DNB型CHF并与查询表值进行了对比,结果发现使用的模型能够很好地模拟过冷沸腾下的DNB型CHF,但是针对饱和沸腾下的DNB预测,模型仍有待改进。最后,本文简单模拟了PSBT子通道内的流动沸腾,为预测棒束内的DNB型CHF打下一定的基础。
【图文】：

气泡生长

[45]，在该模型中，Unal 认为在加热壁面和气泡之间，存在一个很薄的、部分区域被蒸干的液膜，形状为圆形或者椭圆形的气泡在液膜上生长，如图3-1所示。图中，D 表示气泡直径；表示气泡下方蒸干区域的直径；v 表示主流液体的速度。气泡在生长过程中，通过液膜的蒸发作用吸取能量；同时，由于气泡上方的液体可能处于过冷状态，其上半表面会发生冷凝现象，从而释放出热量。据此，可以得到气泡生长过程中的能量平衡关系式：22 2 32(1 )4 2 6dryb c sub g fgDD D dDq h T hD dt (3-5)初始t = 0时，D = 0。上式中，表示液膜传递给气泡的热流密度，计算式如下：sup lbl plTqa c (3-6)其中，为液相的热扩散系数；γ 的定义如下：lll plac (3-7)1/2s s sl l plcc (3-8)下标 s 表示加热壁面。式(3-6)中的表示液膜的初始过热度：1/3supw l subq h TTC (3-9)其中

气泡生长,受力分析,气泡

Klausner[46]分析了气泡在生长过程中的受力情况，并提出在气泡产生是在流动方向还是垂直于流动方向上，气泡的受力都是平衡的，此时气从原来的位置脱离；随着气泡的生长，在其中某一方向上，受力不再气泡会沿着壁面滑移或者离开壁面，，无论是哪种情况，都认为此时的气为气泡脱离直径。气泡在生长过程中的受力如图 3-2 所示，其中，表力，表示流动方向上的准稳态曳力，表示非稳态曳力，来源于静不对称生长，表示剪切升力，表示流体动压产生的力，表示接其考虑了气泡与固体壁面接触而非被液体包围的影响，表示浮力，表示前接触角和后接触角，在该模型中，分别取值为 π/4 和 π/5。据此出气泡在两个方向上所受合力：x sx dux sL h cp F F F F F Fy sy duy qs b F F F F F面提及到的力将在下文进行详细的介绍。
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TL33

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