自然循环条件下窄矩形通道内流动不稳定性实验研究

摘要

窄矩形通道具有结构紧凑、换热效率高等特点，在核动力舰船、海洋核动力平台和航天器冷却系统等领域中得到应用。窄矩形通道的水力学直径小，具有窄空间效应，在其内部流动更容易发生流动不稳定性现象。自然循环具有非能动固有安全性的特点，已成为先进核反应堆中运行导热和紧急冷却的主要循环方式，由于自身流动—传热的复杂性和耦合性，稳定性会明显弱于强迫循环。为提高小型一体化核反应堆运行的安全性，有必要对自然循环条件下窄矩形通道内流动不稳定性进行实验和系统的分析、研究。 本文首先对实验系统中的设备和仪表进行了介绍，给出了仪表检测、准备工作和自然循环实验的步骤以及实验数据的处理方法，并对实验中各测量参数和计算参数的不确定度进行了分析。 随后，本文对流动不稳定性起始点（OFI）进行研究，根据实验数据对常用的气泡脱离点（OSV）和不稳定性起始点（OFI）预测模型的可靠性进行了验证。验证结果表明：Levy模型、Xu经验关系式和Wang经验关系式适合本实验的工况，可以用于保守预测OFI点的工况参数。此外，笔者基于实验数据提出预测公式： 1.0450 663 satOFI . qq ? 。利用他人实验数据进行验证，发现该经验公式适用于热流密度超过265kW·m-2工况下的各类型加热通道。 再次，文章根据宏观流量变化规律结合摄影仪拍摄图像，对实验中各种流动状态进行归类，详尽的描述了各类流动不稳定性的典型现象及产生原因，并根据不稳定流动过程中的气相分布变化对不稳定性的发生机理进行了分析。 最后，文章利用流量的标准差曲线找出各类不稳定性的边界，通过对数据的无量纲化处理，绘制出各类不稳定性的无量纲边界图，并对不同工况参数对不稳定性边界的影响和实验的不足之处进行了阐述，在结论中提出了下一步需要进行的工作和展望。

目录

物理量名称及符号表

第1章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 课题研究现状

1.3 主要研究内容

第2章 实验系统和实验方法

2.1 实验系统

2.2 实验步骤

2.3 实验数据处理

2.4 实验工况及测量参数误差分析

2.5 本章小结

第3章 流动不稳定性起始点研究

3.1 OFI点判别方法

3.2 已有预测模型或经验关系式

3.3 各关系式计算结果

3.4 由实验数据建立经验关系式

3.5 本章小结

第4章 流动不稳定性实验结果

4.1 典型实验现象及发生机理分析

4.2 流动不稳定性边界

4.3 系统参数对流动不稳定性影响

4.4 本章小结

结论

本文的主要创新点

下一步工作及展望

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

声明

致谢