摇摆对棒束通道内流动阻力特性的影响研究

发布时间：2020-09-11 13:58

　　 棒状燃料元件广泛存在于压水堆、沸水堆和超临界水冷堆。不同于陆基核反应堆,采用核动力推进的船舶在海浪和海流的作用下如果产生摇摆,会对流体的热工水力特性产生显著影响,从而影响动力装置的运行特性。本文通过实验研究、数值模拟及理论分析,开展了摇摆条件下3×3棒束通道内流动阻力特性研究。实验回路为开放回路,采用强制循环方式,以空气和去离子水为工质,实验在常温常压下进行。分液相雷诺数和分气相雷诺数的范围分别为1563~19590和8~2166,摇摆周期和摇摆振幅的范围分别为8s~16s和5°~15°。开展了单相水流动阻力特性实验研究,确认强制循环条件下流量是否发生周期性波动,探究了摇摆参数、旁通阀门及实验段入口阀门开度对流量波动特性的影响。在此基础上,考察了液相流速、摇摆参数及通道尺寸对棒束摩擦阻力及定位格架局部阻力的影响,考虑上述影响因素建立了摇摆条件下棒束通道内单相摩擦阻力计算关系式。此外,借助FLUENT软件对摇摆运动影响摩擦阻力的机理进行解释。基于压降法获得了静水条件下空泡份额及气相上升速度,采用已有关系式对竖直条件下空泡份额进行评价。探究了摇摆条件下入口压力、阀门开度、摇摆振幅及摇摆周期对气相流量波动特性的影响。重点关注了摇摆条件下时均和瞬时空泡份额及气相上升速度。考虑气相流量、摇摆参数及通道尺寸的影响规律,获得了摇摆条件下液相静止时瞬时空泡份额及气相上升速度的计算关系式。基于竖直两相流动阻力实验数据对均相流模型和分相流模型进行评价。关注了摇摆条件下气液相流量的波动特性,摇摆运动对时均摩擦阻力和局部阻力无明显影响,气液相流量、摇摆参数及通道尺寸是影响摇摆条件下两相流动阻力特性的重要因素。考虑上述因素的影响,采用量纲分析方法获得了摇摆条件下两相流动阻力的计算关系式,解决了动态条件下棒束通道内两相瞬时阻力的计算问题。系统地构建了摇摆条件下气泡体积力的受力模型,将体积力沿垂直于流动方向和平行于流动方向进行分解讨论。对比倾斜和摇摆条件下气相横向分布特性,指出摇摆引入附加体积力的作用效果。获得不同摇摆工况下瞬时气相上升速度的时变规律,进而解释两相摩擦阻力的波动特征,指出摇摆运动通过影响两相间的滑速比和相互作用来影响棒束通道内两相摩擦阻力。
【学位单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2015
【中图分类】：TL352
【部分图文】：

图 2.1 实验回路示意图Fig. 2.1 Schematic diagram of experimental loop箱经多级立式离心泵驱动，主流经调节阀和质量流量计路返回水箱；空气压缩机将空气存储在储气罐内，储气阀和质量流量计，进入混合腔与水混合。待空气和水在

液压摇摆台

分别标识为通道Ⅰ和Ⅱ，棒束通道Ⅰ的结构如图2.3 所示，其外箱采用 10mm 厚的透明有机玻璃板，加工成 34×34mm2的正方形通道。通道总长 2000mm，距实验段入口 500、1000 和 1500mm 处分别布置定位格架，定位格

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本文编号：2816763