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摇摆条件下圆管DNB型临界热流密度数值研究

方正 杜松 步珊珊 李振中 陈德奇

方正, 杜松, 步珊珊, 李振中, 陈德奇. 摇摆条件下圆管DNB型临界热流密度数值研究[J]. 核动力工程, 2024, 45(4): 24-31. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.04.0024
引用本文: 方正, 杜松, 步珊珊, 李振中, 陈德奇. 摇摆条件下圆管DNB型临界热流密度数值研究[J]. 核动力工程, 2024, 45(4): 24-31. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.04.0024
Fang Zheng, Du Song, Bu Shanshan, Li Zhenzhong, Chen Deqi. Numerical Study on DNB-Type Critical Heat Flux in Circular Tube under Rolling Condition[J]. Nuclear Power Engineering, 2024, 45(4): 24-31. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.04.0024
Citation: Fang Zheng, Du Song, Bu Shanshan, Li Zhenzhong, Chen Deqi. Numerical Study on DNB-Type Critical Heat Flux in Circular Tube under Rolling Condition[J]. Nuclear Power Engineering, 2024, 45(4): 24-31. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.04.0024

摇摆条件下圆管DNB型临界热流密度数值研究

doi: 10.13832/j.jnpe.2024.04.0024
详细信息
    作者简介:

    方 正(1997—),男,硕士研究生,现从事反应堆热工水力数值研究,E-mail: fzzz42911@qq.com

    通讯作者:

    步珊珊,E-mail: shanshanbu@cqu.edu.com

  • 中图分类号: TL334

Numerical Study on DNB-Type Critical Heat Flux in Circular Tube under Rolling Condition

  • 摘要: 针对摇摆条件下的竖直圆管内偏离核态沸腾(DNB)临界热流密度(CHF)进行了三维数值计算,采用欧拉两相流模型和非平衡壁面沸腾模型,通过将静止管道的CHF模拟值和实验值进行对比,完成了不同壁面沸腾子模型的敏感性分析。对15种振幅和周期组合的正弦简谐摇摆运动的竖直管道的CHF进行预测。结果表明:所有摇摆条件均导致了DNB现象的提前发生,在最“剧烈”的摇摆情况下,CHF的值最小。管道内的温度和换热系数会随着摇摆运动发生周期性的改变。在一个周期内,更大的振幅和更小的周期都会导致加热壁面在某时刻出现更小的换热系数,从而导致壁面最高温度上升。本研究可以为摇摆条件下DNB型CHF的数值预测提供参考。

     

  • 图  1  摇摆管道模型

    Figure  1.  Rolling Tube Model

    图  2  几何模型

    Figure  2.  Geometric Model

    图  3  监测静止管道的CHF

    Figure  3.  Detected CHF of Static Tube

    图  4  出口处的空泡份额和温度分布

    Figure  4.  Void Fraction and Temperature Distributions at Outlet

    图  5  监测摇摆管道的CHF

    Figure  5.  Detected CHF of Rolling Tube

    图  6  不同摇摆工况的RDNB

    Figure  6.  RDNB under Different Rolling Conditions

    图  7  不同摇摆周期下的壁面传热

    Figure  7.  Wall Heat Transfer with Different Rolling Periods

    图  8  不同振幅下的壁面传热

    Figure  8.  Wall Heat Transfer with Different Rolling Amplitudes

    表  1  相间模型的选取

    Table  1.   Selection of Interphase Models

    作用力模型 模型
    曳力 Grace
    升力 Tomiyama
    湍流耗散力 Favre
    壁面润滑力 Antal
    虚拟质量力
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    表  2  实验工况

    Table  2.   Experimental Case

    参数 数据
    系统压力/MPa 0.58
    饱和温度 /K 431
    入口质量流量/(kg·m−2·s−1) 11479.8
    入口温度/K 339.18
    测的CHF/(MW·m−2) 12.1
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    表  3  壁面沸腾子模型敏感性分析

    Table  3.   Sensitivity Analysis on the Wall Boiling Sub-models

    气泡脱离
    直径模型
    核化
    密度模型
    CHF发生
    位置/m
    $q_{\mathrm{c}}/ $
    (MW·m−2)
    与实验数据
    的偏差/%
    T-K K-I 0.1995 8.4 30.57
    K-I 0.1835 8.8 27.27
    Unal 0.1980 11.1 8.26
    T-K L-C 0.1920 6.6 45.45
    K-I 0.1850 5.8 52.07
    Unal 0.1910 8.6 28.93
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    表  4  摇摆工况

    Table  4.   Rolling Conditions

    工况 T/s 振幅 工况 T/s 振幅
    1 9 7.5 30°
    2 4.5 40° 10 9.0 30°
    3 6.0 40° 11 12.0 30°
    4 7.5 40° 12 4.5 20°
    5 9.0 40° 13 6.0 20°
    6 12.0 40° 14 7.5 20°
    7 4.5 30° 15 9.0 20°
    8 6.0 30° 16 12.0 20°
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-10-18
  • 修回日期:  2023-11-19
  • 刊出日期:  2024-08-12

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