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对于低压自然循环系统,常常会发生闪蒸诱发的流动不稳定现象,这对系统的换热效率和安全性产生严重影响。为了抑制闪蒸诱发的流动不稳定现象,从闪蒸异质成核的机理出发,诱发闪蒸提前发生,提出在闪蒸段内设置插入物或在上升段入口注入不凝性气体的方法,消除闪蒸诱发的流动不稳定性同时提升系统的换热效率。
本文利用可视化图像与实验数据相结合的方法,在不同加热功率、不同水箱液位工况下,研究闪蒸段内插入物位置、数量及插入深度对闪蒸流动不稳定性的影响;研究不同注气量对闪蒸流动不稳定性的影响。结合可视化图像,对闪蒸流动过程中系统的流动状态、流型演变、闪蒸起始点变化、空泡份额径向及轴向分布进行了分析。
研究结果表明,在闪蒸段内设置插入物,由于局部扰动,导致插入物上持续产生气泡,使得流型稳定演变,可以实现消除闪蒸流动不稳定性并提升系统换热效率。将插入物插入至管壁l=D,当系统流动处于不稳定状态时,插入物在闪蒸段内不同的位置都可以起到抑制流动不稳定性的作用,越靠近闪蒸起始点抑制作用越强,循环流量的时均值最大提升10%;当系统流动处于稳定状态时,不会因插入物的存在对系统产生有害影响。多根插入物同时插入至管壁l=D时,与单根插入物相比,由于汽化核心增加,使得空泡份额增大,循环流量时均值最大提升12%。虽然插入物上会产生气泡,但在不改变闪蒸段长度的情况下,其对空泡份额大小、径向及轴向分布几乎无影响;在改变闪蒸段长度情况下,仅由于闪蒸起始点位置发生变化,相同轴向位置处空泡份额大小发生变化,但分布形式不变。
在上升段入口处注入少量不凝性气体同样也可以实现消除闪蒸流动不稳定性提升系统换热效率。注气后,闪蒸起始点位置下移,同时诱发闪蒸段内处于热力学非平衡状态的流体产生更多的气泡,增加系统的驱动力。当系统流动处于不稳定状态时,注气可以消除闪蒸流动不稳定性,循环流的时均值最大提升28%;当系统流动处于稳定状态时,注气不会改变系统的流动状态,循环流量时均值提升在10%以内。
本文利用可视化图像与实验数据相结合的方法,在不同加热功率、不同水箱液位工况下,研究闪蒸段内插入物位置、数量及插入深度对闪蒸流动不稳定性的影响;研究不同注气量对闪蒸流动不稳定性的影响。结合可视化图像,对闪蒸流动过程中系统的流动状态、流型演变、闪蒸起始点变化、空泡份额径向及轴向分布进行了分析。
研究结果表明,在闪蒸段内设置插入物,由于局部扰动,导致插入物上持续产生气泡,使得流型稳定演变,可以实现消除闪蒸流动不稳定性并提升系统换热效率。将插入物插入至管壁l=D,当系统流动处于不稳定状态时,插入物在闪蒸段内不同的位置都可以起到抑制流动不稳定性的作用,越靠近闪蒸起始点抑制作用越强,循环流量的时均值最大提升10%;当系统流动处于稳定状态时,不会因插入物的存在对系统产生有害影响。多根插入物同时插入至管壁l=D时,与单根插入物相比,由于汽化核心增加,使得空泡份额增大,循环流量时均值最大提升12%。虽然插入物上会产生气泡,但在不改变闪蒸段长度的情况下,其对空泡份额大小、径向及轴向分布几乎无影响;在改变闪蒸段长度情况下,仅由于闪蒸起始点位置发生变化,相同轴向位置处空泡份额大小发生变化,但分布形式不变。
在上升段入口处注入少量不凝性气体同样也可以实现消除闪蒸流动不稳定性提升系统换热效率。注气后,闪蒸起始点位置下移,同时诱发闪蒸段内处于热力学非平衡状态的流体产生更多的气泡,增加系统的驱动力。当系统流动处于不稳定状态时,注气可以消除闪蒸流动不稳定性,循环流的时均值最大提升28%;当系统流动处于稳定状态时,注气不会改变系统的流动状态,循环流量时均值提升在10%以内。