摇摆条件下矩形窄通道内流动阻力的实验研究

摘要

本文针对竖直和摇摆两种状态下矩形窄通道内强迫循环流动沸腾阻力特性进行了实验研究和理论分析。该热工实验在摇摆台上进行，实验工质为去离子水。
　　利用竖直状态下强迫循环流动沸腾两相实验数据，对现有的空泡份额模型进行了比较分析，同时讨论了空泡份额模型对流动沸腾两相压降的影响。结果表明：由于窄通道的限制效应，质量含气率低于0.1时，空泡份额随质量含气率的增大而迅速增大；当质量含气率大于0.2时，空泡份额增大的幅度很小，几乎保持不变。大部分滑速比型和Lockhart-Martinelli参数型空泡份额模型的计算值很相近，而漂移流型空泡份额模型的计算值较其它模型小，不适用于矩形窄通道内流动沸腾空泡份额的计算。另外，空泡份额模型的选择对两相摩擦压降的影响较小，而对两相加速压降的影响较大。
　　竖直状态下两相流动沸腾阻力特性的研究表明：质量流速、质量含气率、系统压力等热工参数对流动沸腾两相摩擦压降有明显的影响。利用实验数据对基于均相流模型和分相流模型的两相压降计算式进行了分析评价，发现Mishima-Hibiki和Gronnerud模型能够较好的预测实验结果，其平均绝对误差 MAE分别为33.1％和33.5%。基于均相流模型的两相平均黏度模型的选取对两相摩擦压降的计算有重要影响，而且这种影响与质量含气率密切相关。在Mishima-Hibiki模型的基础上，考虑了质量流速、通道尺寸、表面张力、重力等因素的影响，给出了计算矩形窄通道内流动饱和沸腾摩擦压降的计算式，其预测误差为20%。
　　摇摆状态下两相流动沸腾阻力特性的研究表明：摇摆运动对矩形窄通道内各部分两相平均压降没有明显的影响。当质量含气率达到一定值时，瞬时两相摩擦压降发生周期性波动，其波动周期与摇摆周期相同，其波动幅度受质量含气率、系统压力、质量流速等热工参数影响较大，而摇摆角度和摇摆周期对波动幅度的影响很小。瞬时两相摩擦压降发生周期性波动是因为系统空间位置的变化造成冷凝器入口腔室处蒸汽周期性壅塞从而改变实验段内沸腾强度而引起的，因此竖直状态下的两相摩擦压降计算式也可应用于摇摆状态，其符合程度较好。

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第1章 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 本论文主要研究内容

第2章 实验装置及实验内容

2.1 实验系统

2.2 实验内容

2.3 实验步骤

2.4本章小结

第3章 实验数据处理

3.1 特征尺寸

3.2 单相摩擦阻力系数的计算

3.3 单相段与两相段的划分

3.4 两相摩擦压降的分离

3.5 空泡分额的计算

3.6 摇摆附加压降的分离

3.7 本章小结

第4章 竖直状态下流动沸腾阻力特性研究

4.1 单相验证实验

4.2 竖直状态实验现象

4.3 空泡份额模型的分析

4.4 各部分压降随质量含气率的变化情况

4.5 流动沸腾摩擦压降影响因素

4.6 流动沸腾摩擦压降模型评价

4.7 饱和沸腾摩擦压降计算关系式

4.8 本章小结

第5章 摇摆状态下流动沸腾阻力特性研究

5.1 摇摆状态下的实验现象

5.2 摇摆运动对各部分两相平均压降的影响

5.3 摇摆瞬时两相摩擦压降的影响因素

5.4 摇摆运动下瞬时两相摩擦压降波动机理

5.5 摇摆状态下的瞬时两相摩擦压降

5.6 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科研成果

致谢