《螺旋管內汽液兩相流流動機理及計算模型研究》是依託清華大學，由朱宏曄擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：螺旋管內汽液兩相流流動機理及計算模型研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：朱宏曄
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
飄移流模型是汽液兩相流的系統尺度計算模型，穩定性好且精度高，被廣泛套用於直管內和棒束間的兩相流計算。然而用於螺旋管的漂移流模型仍為空白。本課題目標是採用多尺度實驗及數值模擬的方法構建此模型。研究思路為：通過空氣/水實驗和CFD 模擬研究流動機理並初步構建模型；通過高溫氣冷堆蒸汽發生器（SG）蒸汽/水實驗修正模型。將完成：1.建造氣/水實驗裝置，結合CFD 數值模擬，分析螺旋管條件下兩相流動機理、流型特點及其轉換規律，建立清晰的物理圖象；2.分析螺旋管條件下各相所受作用力，建立漂移流模型中分布參數和漂移速度的初步表達式；3.編制SG 動態分析程式，對SG 實驗結果進行預測；4.將程式預測結果與SG 實驗數據對比，修正模型參數並提出最終表達式；5.將分析程式用於SG 動態特性分析。本課題是從工程技術中抽象出來的基礎理論研究，是對兩相流研究的補充與發展，其結果具有重要的學術價值和套用價值。
結題摘要
蒸汽發生器和鍋爐是工業領域非常重要的設備，被廣泛套用於化工、能源、製冷和食品加工等多個領域。其中，很多蒸汽發生器和鍋爐採用螺旋管作為傳熱的基本單元。這種傳熱元件具有四個優勢：1.結構緊湊；2. 吸收熱應力能力強；3. 傳熱係數高；4. 易於消除兩相流流動不穩定。然而，由於離心力的影響，螺旋管內的流動換熱過程比較複雜（尤其是兩相流）。目前研究仍主要集中於流動阻力和傳熱係數等巨觀規律，而對於局部相界面分布特性、輸運特性和計算模型的研究還不夠充分。本課題採用多尺度實驗結合數值模擬的研究方案，對螺旋管內氣液兩相流的基礎問題展開了研究。首先建立了基於電導探針和高速攝影的兩相流機理實驗平台。然後基於此平台開展了流型的研究，在較大範圍內觀測了螺旋管內不同流型的相界面分布特徵，首次提出螺旋管記憶體在6種流型（泡狀流、塞狀流、彈狀流、波狀流、環狀流和彈-環流），並給出客觀、非視覺的流型判別依據，在此基礎上給出了完整的流型圖；分析了各種流型的轉換機理，揭示了泡狀流向彈狀流或塞狀流轉換的兩種不同機理，給出了涵蓋螺旋管和傾斜直管的流型邊界預測公式。進一步，對各種流型的相界面特徵展開了詳細研究，通過數值計算和機理實驗，獲得含氣率、相界面濃度等重要兩相流參數。開發了高溫氣冷堆螺旋管蒸汽發生器熱工計算程式，為蒸汽發生器設計和安全分析提供了計算手段。利用此程式，對高溫氣冷堆緊急停堆後堆芯冷卻過程中關鍵設備的傳熱傳質過程進行了動態數值模擬，提出了適用於我國高溫氣冷堆的冷卻方案，並套用於世界上第一個商用高溫氣冷堆示範堆。本課題完成了課題任務書中的各項內容，在兩相流基礎研究和工程套用上都取得一定成果。
