基于拉格朗日—欧拉法的环状流模拟及干涸型临界热流密度预测研究

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反应堆堆芯及蒸汽发生器利用两相沸腾实现高效传热。沸腾表面的干涸(Dryout)是临界热流密度(CHF)发生机制之一,限制了沸腾传热的应用。蒸汽干度较大时,两相流动会发展成环状流。随着沸腾传热的进一步发展,加热面处的液膜会蒸干或断裂,使得加热面仅能由主流蒸汽冷却,从而发生传热恶化,导致壁面温度飞升。因此,Dryout型CHF的预测是反应堆热工水力分析重要课题。从流动的角度,干涸多发生于环状流向雾状流转换的区域。因此环状流模拟对于预测Dryout有着重要的意义。本文首先进行了网格无关性验证,同时对入口液滴直径、液滴群数量、入口液膜厚度等参数进行了敏感性分析,并在此基础上确定了合适的参数。网格尺寸对模拟结果几乎无影响。模拟结果表现出对液滴直径的较强敏感性,主要表现为对液滴沉积率的影响。而液滴沉积率会影响液膜质量流量,从而进一步影响Dryout发生的位置。入口液膜厚度值会影响入口段的液膜厚度分布,但是该影响会在下游会消失。液滴群数量分析体现在喷射器的选取上,表面喷射器能够满足精度需求。基于实验验证过的模型和参数,本文基于临界膜厚预测竖直向上流动圆管内的Dryout现象。计算预测的Dryout发生的位置误差较小。在此基础上,进行了竖直向上流动环管通道的环状流模拟。计算结果表明,内棒处的液膜质量流量计算误差较大,同时,由于液膜蒸发产生的横向速度,液滴产生横向运动趋势,有热流壁面的液滴沉积率低估,无热流壁面的液滴沉积率高估。
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