含不凝性气体的蒸汽冷凝换热实验研究

摘要

针对冷却水丧失以及主蒸汽管道破裂等严重事故，第三代先进反应堆设计了非能动安全壳冷却系统来保证安全壳的完整性。但是，由于安全壳内存在空气等大量不凝性气体，恶化了蒸汽的冷凝换热过程，严重影响了冷凝换热器的热量导出能力。基于上述应用背景，本文在竖直光管和强化管外开展了含不凝气体的蒸汽冷凝换热特性实验研究。
　　在竖直光管外进行了较大参数范围内的实验。针对壁面过冷度，分别采用强迫循环和自然循环两种冷却方式，测量了不同过冷度区间的实验数据。根据实验结果，分析了过冷度、混合气体压力和空气含量等参数的影响。其中，过冷度与冷凝换热系数呈负指数关系，但是与以往研究不同，指数值随过冷度和混合气体压力变化；冷凝换热系数随压力的增加而增大，随空气含量的增加而减小。
　　在对影响因素进行分析的基础上，给出了新的冷凝换热系数经验关联式，关联式预测值与实验值符合较好，误差在20％以内。同时，在实验范围内将本关联式与现有关联式进行对比，结果表明本关联式精确度最高，可以准确地反映出过冷度对冷凝换热系数的影响特性；利用其它研究者的实验数据对本关联式进行了验证，本关联式表现出较好的适用性。
　　在强化管的实验中，共研究了波节管、纵肋管和针翅管三种管型。纯蒸汽条件下，波节管和纵肋管均表现出较好的强化换热效果；针翅管强化效果受过冷度影响，仅在较高过冷度条件下起到强化效果。但在含空气条件下，三种强化管的换热能力均有不同程度的降低。其中，波节管仍能表现出强化换热的作用，但冷凝换热系数仅为光管的1.1倍左右；而纵肋管和针翅管仅在空气含量很高时表现出强化换热效果，在空气含量较低时，其冷凝换热系数甚至小于光管，这与翅片对壁面附近不凝气体流动的限制关系较大。

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第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 含不凝气体的蒸汽冷凝换热研究现状

1.2.1 理论模型研究

1.2.2 实验研究

1.2.3 含不凝性气体的蒸汽冷凝强化换热研究

1.3 本文主要研究内容

第2章 实验装置及数据处理

2.1 实验装置

2.1.1 实验段

2.1.2 汽（气）体供应系统

2.1.3 冷却水循环系统

2.1.4 数据测量系统

2.2 实验步骤

2.3 数据处理与误差分析

2.3.1 数据处理

2.3.2 空气质量分数计算

2.3.3 冷凝换热系数的计算

2.3.4 误差分析

2.4 本章小结

第3章 含不凝性气体的蒸汽管外冷凝换热实验研究

3.1 混合气体空间温度分布

3.2 含空气的蒸汽冷凝换热特性

3.2.1 壁面过冷度的影响

3.2.2 混合气体压力及空气质量分数对冷凝换热的影响

3.2.3 实验关联式

3.3 实验管几何尺寸对管外冷凝换热特性的影响

3.3.1 实验管外径对冷凝换热特性的影响

3.3.2 实验管长度对冷凝换热特性的影响

3.4 实验关联式的对比分析

3.4.1 与现有关联式对比

3.4.2 其他研究者实验数据的验证

3.5 本章小结

第4章 强化管表面蒸汽冷凝换热特性研究

4.1 波节管管外冷凝换热特性研究

4.1.1 纯蒸汽条件下的冷凝换热特性

4.1.2 含空气条件下的蒸汽冷凝换热特性

4.2 纵肋管管外冷凝换热特性研究

4.2.1 纯蒸汽条件下的冷凝换热特性

4.2.2 纵肋管外含空气的蒸汽冷凝换热

4.3 针翅管外含空气的蒸汽冷凝换热特性研究

4.3.1 纯蒸汽条件下的冷凝换热特性

4.3.2 含空气条件下的冷凝换热特性

4.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的学术成果

致谢