高温、高流速氢气在圆管内流动换热特性研究

发布时间：2024-03-07 03:03

　　为探究工质在核热推进反应堆冷却剂通道内的热工水力行为,基于数值计算方法,开展了圆管内高温、高流速氢气流动换热特性研究。通过与实验数据对比发现,采用压力基耦合算法、SST k-ω湍流模型以及物性模型进行高温、高流速氢气流动换热特性数值模拟是合理可行的,计算值与实验值符合较好,计算模型选择正确。在分析基础工况流场与温度场的基础上,还研究了热工参数对氢气管内流动换热特性的影响,结果表明,随质量流量的增大换热效果增强,随热流密度的增大换热效果变差。研究方法与结果可为高温、高热流密度环境下气体工质流动换热特性研究、核热推进反应堆的热工设计与仿真模拟提供参考。

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【部分图文】：

图1计算模型几何结构

计算域边界条件如下。1)入口:质量流量、温度;2)出口:压力;3)入口段壁面:绝热、无滑移壁面、给定壁面粗糙度;4)加热段壁面:第2类边界条件、无滑移壁面、给定壁面粗糙度。1.4网格无关性验证

图2氢气热解份额

研究结果表明,温度、压力以及堆芯中能量沉积均对氢气热解有重要影响,图2为不同温度、压力下的氢气热解份额[13-14],处于热解平衡状态下的分子氢与原子氢热物性与输运性质发生了很大的变化[16]。物性变化使冷却剂流动换热特性发生变化,欲真实模拟氢气在管内热工水力行为,须考虑高温氢气....

图3验证工况热流密度和壁温分布

本研究对基础工况进行流道内的流场与温度场分布情况分析。由于流道直径较小,氢气密度较低,因此即使入口质量流量很低,入口的速度量级也相当可观。氢气流场与温度场分布示于图5。由图5可知,随轴向压力的降低、温度的升高,流道内的氢气膨胀密度降低、速度升高,并在靠近出口位置处马赫数Ma>1,....

图4不同湍流模型计算值与实验值对比结果

图3验证工况热流密度和壁温分布图5氢气流场与温度场分布

本文编号：3921287