自然循環(huán)過冷沸騰流動不穩(wěn)定性起始條件的研究.pdf

1、自然循環(huán)是無外加驅(qū)動機(jī)械驅(qū)動下的流動，它主要依靠沸騰產(chǎn)生的汽泡形成浮升作用，克服流動摩擦阻力和重位驅(qū)動流體流動。此過程中，系統(tǒng)流量與各個熱工參數(shù)形成耦合，表現(xiàn)出強(qiáng)烈的流動不穩(wěn)定性，其對核安全、鍋爐水力系統(tǒng)以及熱交換器等熱力設(shè)備的安全、穩(wěn)定運(yùn)行有重要的影響。因此，對不穩(wěn)定性的預(yù)測和影響因素的分析可以有效地避免系統(tǒng)在運(yùn)行過程中出現(xiàn)事故。本文以水為工質(zhì)，對影響自然循環(huán)過冷沸騰流動不穩(wěn)定性起始點(diǎn)的影響因素進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究；通過對實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的理論分析

2、，提出了可以預(yù)測不穩(wěn)定性發(fā)生的半經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式及無量綱關(guān)系式，并計(jì)算分析了自然循環(huán)不穩(wěn)定性發(fā)生的邊界。
　　為分析自然循環(huán)兩相段內(nèi)空泡份額與各個熱工參數(shù)間的關(guān)系，首先對加熱段內(nèi)汽泡的成核規(guī)律進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，得到了系統(tǒng)參數(shù)對加熱段內(nèi)汽化核心密度及汽泡脫離頻率的影響情況。利用得到的成核規(guī)律的實(shí)驗(yàn)結(jié)果對自然循環(huán)流動不穩(wěn)定性的機(jī)理進(jìn)行了分析。發(fā)現(xiàn)入口過冷度和系統(tǒng)壓力的增加均可提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性；隨著界限熱流密度的增大，密度波脈動的過冷度邊界區(qū)域

3、變大；并得到了可綜合表示各參量對不穩(wěn)定性影響情況的無量綱邊界圖。
　　為研究系統(tǒng)兩相段長度對不穩(wěn)定性發(fā)生邊界的影響，本文首先計(jì)算了穩(wěn)定邊界處ONB點(diǎn)的發(fā)生位置。結(jié)果表明熱流密度和系統(tǒng)壓力均對穩(wěn)定邊界處ONB點(diǎn)的出現(xiàn)位置有較大影響；本文考慮了非加熱段內(nèi)兩相段長度對不穩(wěn)定性的影響，計(jì)算得到了不同過冷度和系統(tǒng)壓力下穩(wěn)定邊界處的兩相段長度，其與過冷度的關(guān)系曲線形狀呈開口向上的拋物線狀，并發(fā)現(xiàn)低過冷度區(qū)增大系統(tǒng)壓力或者高過冷度區(qū)減小系統(tǒng)壓力

4、均可使兩相段長度變大。
　　通過對兩相微分方程的無量綱處理，本文提出了預(yù)測密度波型脈動起始條件的半經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式，預(yù)測誤差在±10％內(nèi)；通過聯(lián)立求解預(yù)測關(guān)系式和系統(tǒng)能量守恒方程，得到了不穩(wěn)定性發(fā)生邊界圖。
　　本文最后對自然循環(huán)流動不穩(wěn)定性的起始條件進(jìn)行了理論研究，得到了可以預(yù)測流動不穩(wěn)定性發(fā)生邊界的無量綱關(guān)系式，并將計(jì)算得到的兩相段長度與實(shí)驗(yàn)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對比，其誤差在±30%以內(nèi)；計(jì)算分析了各個熱工參數(shù)對不穩(wěn)定性邊界的影響。