蒸汽空气混合物与过冷水直接接触凝结研究

通过实验研究了矩形通道内蒸汽-空气混合气体与过冷水的直接接触凝结过程。通过可视化窗口,利用高速摄像机发现了蒸汽质量流率150~400 kg/(m~2s),水质量流率6000~8000 kg/(m~2s),水温30℃条件下的三种纯蒸汽凝结流型:泡状流、振荡射流和稳定射流。研究了空气质量分数对凝结流型、壁面温度分布和压力分布的影响,结果表明:随着空气含量的增加,蒸汽在汽液相界面上的凝结变得困难,泡状流和振荡射流的汽液相界面明显变长,稳定射流则变化不大,汽液混合层的厚度明显增加,蒸汽区尾部聚集大量的气泡。此外,随着空气含量的增加,上壁面的温度降低,压力升高,下壁面的温度和压力均升高,且压力峰值点远离蒸汽喷嘴出口,说明汽液相界面变长。     

蒸汽射流压力振荡传播特性实验研究

对蒸汽质量流率298 kg/(m~2·s),水温20~70℃的蒸汽射流凝结压力振荡的传播特性进行了实验研究。发现不同无量纲轴向距离处的压力振荡波峰波谷基本吻合,随无量纲轴向距离的增加压力振荡频率不变,振荡强度衰减,且没有出现反射叠加现象。压力振荡幅值随无量纲轴向距离的增加而减小,随冷却水温的升高先增大后减小.根据实验结果拟合得到了不同工况和空间位置压力振荡幅值的实验关联式,预测误差在-30%~20%以内。     

垂直管内蒸汽射流凝结流型研究

本文实验研究了垂直管内蒸汽射流凝结流型,通过安装在管道壁面的高频压力传感器获取蒸汽在流动水中凝结诱导形成的压力波动信号,统计提取能清晰表征不同蒸汽射流凝结流型的压力振荡特征。基于不同蒸汽射流凝结流动工况下压力信号的绝对值方差变化规律,对不稳定间歇振荡、不稳定界面振荡、不稳定气泡振荡/稳定凝结流型进行划分。再根据不稳定气泡振荡凝结流型所对应压力振荡信号的绝对值方差明显大于稳定凝结流型,将不稳定气泡振荡凝结流型从不稳定气泡振荡/稳定凝结流型中区分。通过本文建立的管内蒸汽射流凝结流型图,可以应用低系统压力下的流型变化来预测较高系统压力下的流型分布。     

超音速蒸汽浸没射流压力振荡第二主频特性研究

本文主要针对在蒸汽质量流率400~900 kg·m~(-2).s~(-1)、过冷水温度20~70℃范围内,超音速和音速蒸汽浸没射流中凝结压力振荡的第二主频进行了实验研究。研究结果表明:对于不同设计压比的超音速喷嘴,第二主频均随冷却水温度的升高和蒸汽质量流率的增大而逐渐减小。同时,本文在音速喷嘴第二主频的实验关联式基础上加入设计压比修正,拟合得到超音速喷嘴第二主频实验关联式,其计算值与实验值误差在士16%之内。     

起伏条件下不稳定射流压力振荡特性实验研究

蒸汽在过冷水中浸没射流凝结技术因其高效换热特性被广泛应用于陆地和海洋场景下的电力和核工业等许多工业领域中,但蒸汽凝结过程中汽液相界面变化会产生压力振荡。本文对起伏条件下不稳定射流的压力振荡特性进行了实验研究,获得了不同起伏参数对压力振荡特性的影响。结果表明,相比于静止条件下,不稳定射流在起伏运动下的压力振荡主频与压力振荡平均幅值更大,并且压力振荡主频和压力振荡平均幅值随着起伏幅值的增大而增大,随着起伏周期的增大而减小;起伏最大加速度幅度随着起伏周期的减小和起伏幅值的增大而增大,斯特劳哈尔数随着起伏最大附加加速度的增大而增大。     

蒸汽旋转射流汽-液界面速度特性研究

本文实验研究了蒸汽旋转射流汽-液界面速度特性,界面动态行为通过可视化玻璃视窗和高速相机捕捉并记录,应用数字图像处理技术获取定量的界面速度特征。获得了汽-液界面轴向瞬态速度和周期变化规律及其特性,随着蒸汽质量流速的降低,界面波动速度幅度和波动周期逐渐增大;稳定流型、不稳定汽泡振荡流型和不稳定间歇振荡流型顺次出现。统计分析了汽-液界面的轴向波动速度及其标准差,发现随着过冷水温度与波动速度的最大值及波动速度的峰度呈正相关,过冷水温升高加剧了界面不稳定性。界面径向平均波动速度与凝结流型高度相关,平均波动速度在亚音速区存在一个峰值。     

音速与超音速蒸汽浸没射流穿透长度的研究

高速蒸汽射入过冷水中形成连续的蒸汽区称为汽羽,汽羽穿透长度是反映蒸汽射流换热特性的重要指标。本文对音速与超音速蒸汽浸没稳定射流核心汽羽区的穿透长度进行了实验研究。实验表明:汽羽的无量纲穿透长度随着蒸汽质量流率的增大和过冷水温度的上升而逐渐增大;超音速蒸汽射流的无量纲穿透长度要小于音速蒸汽射流;超音速蒸汽射流的无量纲穿透长度随着对应喷嘴设计压比的减小而减小。根据实验数据拟合出新的无量纲穿透长度实验关联式,其计算值与实验值误差小于±15%。     

横荡条件下不稳定射流压力振荡主频实验研究

蒸汽浸没射流具有高效的传热传质特性,在核反应堆等相关系统中有重要应用,但其凝结过程会产生压力振荡,危及相关设备的安全稳定运行。本研究对横荡条件下不稳定射流的压力振荡主频进行了实验研究,获得了不同横荡参数对压力振荡主频的影响规律。研究结果表明,横荡条件下不稳定射流的压力振荡主频高于静止条件下,在横荡周期为2 s,横荡幅值为70 mm时,压力振荡主频最大增幅达到102.7%,并且压力振荡主频随着横荡周期和过冷水温度的增加而减小,随着横荡幅值的增加而增加。     

管内蒸汽射流凝结压力波特性的小波分析

本文实验研究了蒸汽以射流形态喷射入管内流动水中,发生蒸汽-水直接接触凝结所诱导的压力波动特性。实验是在蒸汽质量流速0~500 kg.m~(-2)·s~(-1)以及管内流动水温度20~70℃的条件下进行的。通过管道壁面安装的高频压力传感器捕获凝结诱导的压力波动信号,并通过小波多分辨率工具揭示压力波在时频平面的特性规律。小波多分辨率分析及能量分析结果表明尺度4,5(对应频率f=125~250 Hz)代表了凝结压力波的主要特征信息,而其他频带的信息几乎为0。小波多分辨率幅值结果分析表明在较高频带和较低频带压力波的小波多分辨率幅值趋近于0。在尺度4,5上(对应频率.f=125~250 Hz),随着蒸汽质量流量的增大,小波多分辨率幅值先增大后减小;随着水温的升高小波多分辨率幅值逐渐增大。     

抑压水池温度分层影响因素

对于小型模块式反应堆,可采用安全壳抑压装置限制失水事故引起的安全壳快速升温升压。然而随着排放质量流率及水池水温的变化,水池中可能出现温度分层现象,进而降低传热传质效果。建立了抑压排放水池温度分层实验装置,开展了蒸汽质量流率、鼓泡器淹没深度及气水容积比对水池温度分层特性影响的实验研究。结果表明:在较宽的蒸汽质量流率范围内,水池内均发生了温度分层现象,随着质量流率增大,对分层的影响程度减弱,冷热交界面下移,带动更多水体参与热量交换;鼓泡器淹没深度增加导致热交界面位置下移,水体搅动作用增强,从而提高水体冷却利用率;气水容积比增大,冷热交界面下移,受扰动区域增大。     

流速对混合蒸汽Marangoni凝结换热影响的实验研究

本文在蒸汽压力为47.36 kPa的条件下,通过实验研究了不同蒸汽流速(u=2、4、5 m/s)下纯水和不同酒精浓度水-酒精混合蒸汽沿重力方向流过竖直紫铜平板表面上的凝结换热特性,并实现了实验的可视化,同时分析了不同蒸汽流速下造成Marangoni凝结换热特性差异的原因.实验及分析结果表明,在相同蒸汽浓度、蒸汽压力和表面过冷度条件下,高流速下的凝结换热系数比低流速的大.且蒸汽流速对凝结换热的影响因混合蒸汽酒精浓度的不同而不同,低浓度0.5%和高浓度50%时流速的增加对凝结换热特性的影响较小,而在中间浓度2%时凝结换热强度随流速的增加明显.     

基于MPS方法的汽泡凝结数值模拟研究

采用移动粒子半隐式(MPS)方法对静止过冷水中单个汽泡的凝结现象进行了数值模拟,研究了不同初始压力和初始直径时饱和蒸汽汽泡凝结过程,获得了凝结过程中汽泡形状、当量直径和压力的变化规律;汽泡初始压力为0.1～0.5MPa,初始直径为2mm、3mm和5mm;过冷水压力为0.1MPa,温度为70℃。结果表明两相界面不存在压差时,凝结过程中汽泡始终保持球形,汽泡当量直径逐渐减小,压力近似不变;相界面存在压差时,凝结过程中汽泡从球形逐渐变为心形、半月形,汽泡当量直径和压力会出现周期性振荡,且初始压力越大振荡幅度越大。     

蒸汽浸没射流凝结引起的冲击特性研究

本文在广泛的蒸汽压力和过冷水温度范围内,针对饱和蒸汽通过不同出口直径的喷嘴在过冷水中浸没射流凝结引起的压力冲击特性进行了实验研究,测量得到了不同轴向位置和径向位置的冲击压力,并分析了入口蒸汽压力,过冷水温度和喷嘴出口直径对冲击压力的影响规律。结果表明冲击压力主要受入口蒸汽压力和过冷水温度的影响;同时,当汽水参数以及无量纲轴向和径向距离相同时,不同出口直径的喷嘴对应的冲击压力变化很小,从而表明喷嘴出口直径对压力冲击影响很小。     

过膨胀超音速蒸汽射流的一种流形及其换热研究

针对进口压力0.4 MPa和0.5 MPa的过膨胀超音速蒸汽在20～50℃过冷水中浸没射流凝结形成的收缩-膨胀-收缩形汽羽的几何参数和换热特性进行了实验研究,并且给出了与汽羽形状对应的典型的射流温度场。建立了收缩-膨胀-收缩形汽羽的分析模型,给出了汽羽的收缩比和无量纲穿透长度。同时,根据平均凝结换热系数的实验关联式,得到射流凝结换热系数在0.71～1.16 MW/(m~2·℃)之间;通过简化得到汽羽表面积的计算公式,根据对流换热模型,得到的平均凝结换热系数在0.71～1.03 MW/(m~2·℃)之间,与实验关联式得到的结果基本一致。     

振荡射流提高风力机叶型升力的PIV实验

本实验在风力机叶片叶型表面头部加入平均质量流量为零的一定频率的振荡射流。PIV(Particle Image Ve- locimetry)实验手段显示出叶片上表面速度场。通过对加入振荡射流前后速度场和涡量场的观察与比较,可以发现在振荡射流的作用下,叶片上表面尾端的流动分离发生了再附,转捩点向后推移。通过比较还可以发现在加入特定的频率和强度的振荡射流之下,该效果更加明显。该实验不仅可以证明振荡射流可以提高叶片升力,而且显示了不同频率的射流对流动的影响。     

垂直管内音速蒸汽射流凝结汽羽形状研究

本文针对质量流量376～773 kg·m^-2·s^-1的饱和蒸汽在温度变化范围为10～55℃流动水中形成的音速蒸汽射流凝结进行了实验研究。实验观察到了四种不同的汽羽形状,并且汽羽形状受Re影响较大。当Re与凝结驱动势减小时,最大膨胀比和汽羽喷射长度增大,其值小于蒸汽音速射流在静止水中的情况。本文给出了汽羽喷射长度实验关联式,大多数实验数据与预测值的误差小于10%。     

R134a过热蒸汽在三维内微肋管内的凝结换热特性

本文对三维内微肋管内进口区段R134a过热蒸汽的凝结换热过程进行了实验研究。结果表明;微肋管内过热蒸汽过热度降低的速率明显高于光管,且主要受质量流率和管望过冷度的影响.本文得到的过热蒸汽凝结换热计算式与实验的偏差在±15％以内。     

底排装置非定常环状伴随射流的特性分析

为了研究环形喷口底排弹出膛口时的尾部二次燃烧特性和环状伴随射流流动特性,针对底排燃烧室在瞬态泄压条件下的强非稳态扰动过程,建立了环状喷口射流与超声速来流相互作用的二维轴对称化学非平衡流模型,数值研究环形喷口底排装置的非定常伴随射流燃烧流动演化特性。计算结果表明:环形喷口射流在泄压初期挤压形成高度欠膨胀的中心射流,随着喷口压力降低,逐渐转变为亚音速环状射流。泄压中期,燃烧反应强度由射流边缘向中心轴线方向逐渐加剧,在气体回流作用下,尾部流场温度快速升高。在泄压过程中,不同初始压力下的底部压力和轴线温度变化趋于一致。随着燃烧室内初始压力增大,底压系数峰值增加,降压时间延长。1.5 ms后,初始压力对尾部流场无明显影响。     

超音速蒸汽浸没射流与凝结换热的实验研究

本文对压力为0.20～0.40 MPa的蒸汽在27℃环境水中超音速浸没射流与凝结换热进行了实验研究.实验与分析结果表明:流场分为汽羽、汽液界面、汽液两相混合区和环境水四个区域;随着蒸汽入口压力的增大,依次出现圆锥-椭圆双层汽羽、圆锥形汽羽和椭圆形汽羽;当蒸汽入口压力从0.20 MPa增大到0.40 MPa时,汽羽的无量纲穿透长度从2.20近似线性增大到4.20,射流平均凝结换热系数随着蒸汽入口压力的增大缓慢减小,其数值在0.67～0.80 MW/(m2·℃)之间变化.     

甲烷掺混氢气长直管道压力振荡特性研究

本文研究了CH₄-H₂/空气的燃烧和压力振荡特性,在长直管道燃烧平台测量了初始压力为0.15、0.1 MPa,初始温度为298 K,掺氢比范围为0～100%,当量比范围为0.8～1.5,以及管道长径比为1.43、1.86、2.29的火焰发展图像和压力振荡数据。点火形式有单点和双点。结果表明,指形火焰阶段是强压缩波形成的重要阶段,火焰加速时间和传播速度均是影响压缩波强度的因素。随着掺氢比增加,压力振荡强度整体趋势上升,主频分布在3080 Hz～3470 Hz。双点火条件下,各长径比下的压力峰值、升高率以及振荡强度均高于单点火,振荡的主频分布规律与单点火相同。