【摘要】：泡核沸騰具有高的傳熱系數(shù),能夠有效地帶走壓水堆堆芯產(chǎn)生的熱量。但是泡核沸騰的高傳熱系數(shù)會受到臨界熱流密度(CHF)現(xiàn)象的限制,在壓水堆中,這一現(xiàn)象表現(xiàn)為偏離泡核沸騰(DNB)。此時,沸騰產(chǎn)生的氣泡會在壁面聚集,導(dǎo)致傳熱惡化,壁面溫度飛升,最終可能導(dǎo)致堆芯的熔毀。因此,DNB型CHF的預(yù)測是壓水堆熱工水力分析的重要內(nèi)容。目前,常用的預(yù)測方法有經(jīng)驗關(guān)系式法或者查詢表法。近幾年來,隨著兩相計算流體力學(xué)(CMFD)的發(fā)展,利用該方法預(yù)測DNB型CHF也成為了一種行之有效的方法。在之前的工作中,已經(jīng)使用商用CFD程序STAR-CCM+對DNB型CHF進(jìn)行了初步的預(yù)測,但是結(jié)果并不是很理想。為了改善計算結(jié)果,本文針對其中的關(guān)鍵模型進(jìn)行了研究。對預(yù)測結(jié)果準(zhǔn)確性影響很大的兩個模型是氣泡脫離直徑模型和壁面函數(shù)模型。本文首先列出了目前常用的幾個氣泡脫離直徑模型,并利用Sugrue的實驗數(shù)據(jù)來驗證各個模型的準(zhǔn)確性,最終在本模擬中選擇了Klausner的力平衡模型。對壁面函數(shù)的改進(jìn),選擇了目前常用的粗糙壁面模型,將氣泡對流場的影響等效為壁面粗糙度。為了評估模型的適用性,本文隨后模擬了DEBORA實驗工況,比較了相關(guān)參數(shù)的計算值與實驗值,結(jié)果表明,力平衡模型及粗糙壁面模型的使用能夠大幅提升計算結(jié)果。之后,本文又模擬了簡單圓管內(nèi)水的DNB型CHF并與查詢表值進(jìn)行了對比,結(jié)果發(fā)現(xiàn)使用的模型能夠很好地模擬過冷沸騰下的DNB型CHF,但是針對飽和沸騰下的DNB預(yù)測,模型仍有待改進(jìn)。最后,本文簡單模擬了PSBT子通道內(nèi)的流動沸騰,為預(yù)測棒束內(nèi)的DNB型CHF打下一定的基礎(chǔ)。
【圖文】：

[45]，在該模型中，Unal 認(rèn)為在加熱壁面和氣泡之間，存在一個很薄的、部分區(qū)域被蒸干的液膜，形狀為圓形或者橢圓形的氣泡在液膜上生長，如圖3-1所示。圖中，D 表示氣泡直徑； 表示氣泡下方蒸干區(qū)域的直徑；v 表示主流液體的速度。氣泡在生長過程中，通過液膜的蒸發(fā)作用吸取能量；同時，由于氣泡上方的液體可能處于過冷狀態(tài)，其上半表面會發(fā)生冷凝現(xiàn)象，從而釋放出熱量。據(jù)此，可以得到氣泡生長過程中的能量平衡關(guān)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時，D = 0。上式中， 表示液膜傳遞給氣泡的熱流密度，計算式如下：sup lbl plTqa c (3-6)其中， 為液相的熱擴(kuò)散系數(shù)；γ 的定義如下：lll plac (3-7)1/2s s sl l plcc (3-8)下標(biāo) s 表示加熱壁面。式(3-6)中的 表示液膜的初始過熱度：1/3supw l subq h TTC (3-9)其中

Klausner[46]分析了氣泡在生長過程中的受力情況，并提出在氣泡產(chǎn)生是在流動方向還是垂直于流動方向上，氣泡的受力都是平衡的，此時氣從原來的位置脫離；隨著氣泡的生長，在其中某一方向上，受力不再氣泡會沿著壁面滑移或者離開壁面，，無論是哪種情況，都認(rèn)為此時的氣為氣泡脫離直徑。氣泡在生長過程中的受力如圖 3-2 所示，其中， 表力， 表示流動方向上的準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)曳力， 表示非穩(wěn)態(tài)曳力，來源于靜不對稱生長， 表示剪切升力， 表示流體動壓產(chǎn)生的力， 表示接其考慮了氣泡與固體壁面接觸而非被液體包圍的影響， 表示浮力，表示前接觸角和后接觸角，在該模型中，分別取值為 π/4 和 π/5。據(jù)此出氣泡在兩個方向上所受合力：x sx dux sL h cp F F F F F Fy sy duy qs b F F F F F面提及到的力將在下文進(jìn)行詳細(xì)的介紹。
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TL33

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本文編號：2673587