窄矩形通道內自然循環過冷沸騰的機理研究

《窄矩形通道內自然循環過冷沸騰的機理研究》是依託中國科學技術大學，由彭常宏擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：窄矩形通道內自然循環過冷沸騰的機理研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：彭常宏
• 依託單位：中國科學技術大學

中文摘要

平行板燃料組件在先進反應堆及軍用反應堆上有著重要用途，自然循環又是先進反應堆的重要特徵。本項目以反應堆自然循環工況下的熱工水力設計為套用背景，採用理論分析、數值模擬和實驗研究相結合的方法研究窄矩形通道內自然循環過冷沸騰的傳熱機理。首先依據已有的強迫循環和自然循環過冷沸騰的實驗數據，開展理論分析，建立初步的機理模型。然後進行實驗研究；單面加熱時採用可視化的方法從正面和側面兩個方向測量汽泡的生成和成長過程，分析窄縫空間、入口過冷度、系統壓力和熱流密度等參數對氣泡生成和成長的影響，研究汽泡成核模型、脫離直徑和頻率等；雙面加熱時研究一側熱流密度對另一側換熱的影響；並採用敏感度分析確定這些參數的重要度次數。接著採用數值模擬分析軟體建立數值計算模型，數值模擬中由實驗給出所需要的邊界條件和補充方程。最後根據實驗研究和數據模擬結果進一步完善機理分析模型。本研究可以為反應堆的自然循環過冷沸騰提供理論基礎。

結題摘要

本項目以自然循環工況下的反應堆熱工水力設計為套用背景，目的是對自然循環情況下窄矩形通道內的過冷成核沸騰進行研究。在實驗方面，進行了矩形流道中過冷成核沸騰的研究，得到了相應的計算關係式。還研究了矩形流動中自然循環情況下，流量與壓力、加熱量的關係，也得到相應的計算關係式。對於自然循環情況下上升的加熱通道內的單相對流換熱，因工質浮升力作用引起的流動層流化和傳熱能力減弱的現象，目前正在採用數值計算的方法進行模擬。在數值計算方面，採用了ANSYS FLUENT 14.5中的VOF兩相模型，以文獻中的實驗作為參照實驗。計算了二維條件下處於過冷度為10K的靜止流體中的單氣泡的成長過程。計算通過在氣液交界面附近格線添加額外質量源項和能量源相，來實現兩相之間的相互轉化。同時還考慮了氣液表面張力，氣泡與壁面之間的接觸角，氣泡底部微層的蒸發等因素。通過計算得到了氣泡在脫離前不同時刻的輪廓，並將結果與可視化實驗的結果進行比較，以驗證數值計算的正確性。數值模擬還得到了實驗中無法直接測得的溫度場與速度場分布，以及不同時刻氣泡底部，過熱液層中，過冷主流中的質量轉化流，並可以通過理論分析的方法論證其合理性。目前，正在進行可視化實驗，接下來數值模擬的結果將與的可視化實驗結果進行比較，以驗證理論模型和數值模擬的準確性。