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摇摆条件下竖直圆管内干涸型临界沸腾的数值研究

祁伟 步珊珊 李振中 马在勇 张卢腾 陈德奇

祁伟, 步珊珊, 李振中, 马在勇, 张卢腾, 陈德奇. 摇摆条件下竖直圆管内干涸型临界沸腾的数值研究[J]. 核动力工程, 2022, 43(5): 63-69. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.05.0063
引用本文: 祁伟, 步珊珊, 李振中, 马在勇, 张卢腾, 陈德奇. 摇摆条件下竖直圆管内干涸型临界沸腾的数值研究[J]. 核动力工程, 2022, 43(5): 63-69. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.05.0063
Qi Wei, Bu Shanshan, Li Zhenzhong, Ma Zaiyong, Zhang Luteng, Chen Deqi. Numerical Study on Dryout Critical Boiling in Vertical Circular Tube under Rolling Conditions[J]. Nuclear Power Engineering, 2022, 43(5): 63-69. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.05.0063
Citation: Qi Wei, Bu Shanshan, Li Zhenzhong, Ma Zaiyong, Zhang Luteng, Chen Deqi. Numerical Study on Dryout Critical Boiling in Vertical Circular Tube under Rolling Conditions[J]. Nuclear Power Engineering, 2022, 43(5): 63-69. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.05.0063

摇摆条件下竖直圆管内干涸型临界沸腾的数值研究

doi: 10.13832/j.jnpe.2022.05.0063
基金项目: 国家自然科学基金青年科学基金(51606016)
详细信息
    作者简介:

    祁 伟(1995—),男,硕士研究生,现主要从事反应堆热工水力数值研究,E-mail: qi-wei@cqu.edu.cn

    通讯作者:

    步珊珊,E-mail: shanshanbu@cqu.edu.cn

  • 中图分类号: TL331

Numerical Study on Dryout Critical Boiling in Vertical Circular Tube under Rolling Conditions

  • 摘要: 针对摇摆条件下竖直圆管内干涸型临界热流密度(Dryout CHF)进行了三维数值计算,研究了摇摆条件下竖直圆管内相态分布特性、圆管内临界热流密度(CHF)的位置以及最高壁面温度,同时对管壁沿程换热系数特性进行了分析。结果表明:在摇摆条件下,圆管内相分布呈现周期性变化,CHF的位置也会发生周期性变化;同时发现摇摆运动会导致壁面最高温度更高,因此摇摆条件会使沸腾临界现象更严重。随着流型转变和沸腾传热机制的变化,管壁换热系数沿流动方向也会显著变化。本研究可以为摇摆条件下Dryout CHF的数值预测提供参考。

     

  • 图  1  壁面热流密度分配模型

    Figure  1.  Wall Heat Flux Distribution Model

    图  2  几何结构和边界条件

    Figure  2.  Geometric Structure and Boundary Conditions

    图  3  计算值和实验值的对比

    Figure  3.  Comparison of Calculated and Experimental Values

    图  4  摇摆条件下数值方法验证

    Figure  4.  Validation of Numerical Method under Rolling Condition      

    图  5  摇摆过程中相分布云图

    Figure  5.  Phase Distribution Nephogram during Rolling Process     

    图  6  摇摆运动中壁面温度分布

    Figure  6.  Wall Temperature Distributions during Rolling Process     

    图  7  摇摆过程中CHF位置

    Figure  7.  CHF Positions during Rolling Process

    图  8  摇摆过程中CHF对应的最高温度

    Figure  8.  Maximum Temperature Corresponding to CHF during Rolling Process

    图  9  沿程换热系数

    Figure  9.  Heat Transfer Coefficients along the Path

    表  1  沸腾子模型的选取

    Table  1.   Selection of Boiling Submodel

    物理模型模型选项
    汽泡脱离直径Tolubinsky-Kostanchuk
    汽泡脱离频率Cole
    核化密度Lemmert-Chawla
    面积影响系数Delvalle-Kenning
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    表  2  相间模型的选取

    Table  2.   Selection of Interphase Models

    作用力模型模型选项
    曳力Ishii模型
    升力Moraga模型
    湍流耗散力Burns-et-al模型
    壁面润滑力Antal-et-al模型
    虚拟质量力系数0.5
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    表  3  验证工况参数

    Table  3.   Verification Condition Parameters

    参数工况1工况2
    管径 D/mm14.910
    压力 p/MPa7.017.02
    质量流量 G/(kg·m−2·s−1)10021495
    实验测得的临界热流密度 QCHF/(kW·m−2)863797
    进口温度 Tin/K549555
    下载: 导出CSV

    表  4  边界条件[2]

    Table  4.   Boundary Conditions

    参数名参数值
    G/(kg·m−2·s−1)285
    进口比焓/(kJ·kg−1)221.781
    Tsat/K322.607
    Tin/K289.013
    θ040°
    t0/s6
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-10-22
  • 修回日期:  2021-12-16
  • 刊出日期:  2022-10-12

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