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%。     

超音速蒸汽浸没射流凝结汽羽形状的实验研究

本文对入口压力为0.20～0.50 MPa的饱和蒸汽在20～70 ℃过冷水中超音速浸没射流凝结所形成的汽羽的形状进行了实验研究.实验结果表明:根据汽羽膨胀的次数,汽羽形状主要有渐缩形、膨胀-收缩形、双膨胀-收缩形、收缩-膨胀-再收缩形和发散形五种;汽羽的穿透长度随着蒸汽入口压力的增大和过冷水温度的上升而逐渐增大;对于设计压比分别为0.318和0.113的喷嘴,汽羽的无量纲穿透长度分别在3.45～12.62和2.40～9.81之间,明显小于相同条件下音速蒸汽浸没射流凝结所形成的汽羽无量纲穿透长度.同时,在理论推导的基础上给出了计算汽羽无量纲穿透长度的实验关联式,其预测值与实验值误差小于18%.     

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%。     

喷嘴结构对超音速凝结射流影响的数值研究

本文采用三维稳态的欧拉双流体模型,以自定义函数的形式在Ansys中嵌入基于热平衡的相变模型对超音速蒸汽在过冷水中稳定射流凝结的过程进行了数值模拟,对比模拟结果与实验结果的汽羽形状,发现二者吻合良好。当蒸汽入口压力为300 kPa,过冷水的温度为20℃,喷嘴喉部直径为8 mm,通过改变喷嘴出口直径为8.8、9.6、10.4、11.2以及12.0 mm.研究了喷嘴的压比对于超音速蒸汽射流凝结过程的汽羽形状影响,并且揭示了超音速蒸汽射流汽羽内部的流动过程。     

自发布里渊散射法异丙醚音速的实验测量

本文研制了一套基于自发布里渊散射法的流体音速测量实验系统,分析得到该实验系统温度、压力测量的不确定度分别为0.02 K,10 kPa,音速测量的扩展不确定度为0.5%。测量了标准物质正戊烷310 K到470 K饱和液体和350 K到470 K饱和气体的音速,与文献值比较得到,该实验测量值的测量偏差为2.5%左右,验证了本实验系统的可靠性与稳定性。在温度为303.15 K~453.15 K,压力达5.5 MPa范围内,对燃料添加剂异丙醚的饱和液体和过冷液体的音速进行了测量,并依据实验数据给出了异丙醚音速的经验关联式,关联式的计算偏差为0.51%(饱和液体)和0.54%(过冷液体)。     

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。     

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。     

管内蒸汽射流凝结速度场特性研究

采用粒子图像测速仪(PIV)对圆管内横向蒸汽射流凝结速度场进行了测量。垂直圆管直径80 mm,喷嘴直径3.2 mm,喷嘴与管道壁面垂直,蒸汽射流雷诺数20192Re_s543763,动量通量比为25J400,过冷水温度为30T_w60°C。通过射流中心轨迹线,揭示了射流动量通量比、射流雷诺数和过冷水温度对速度场的影响规律。射流中心轨迹可用指数形式的曲线拟合,引入射流动量通量比J和射流雷诺数Re_s,得到中心轨迹线预测关联式,预测值在实验测量值30%以内。     

过膨胀超音速蒸汽浸没射流凝结的实验研究

针对入口压力为 0.20～0.60 MPa 的饱和蒸汽在 20～70℃过冷水中形成的过膨胀超音速蒸汽浸没射流凝结进行了实验研究.观察到了渐缩形、收缩-膨胀-收缩形、收缩-膨胀-发散形和发散形汽羽,汽羽形状主要由入口蒸汽压力和过冷水温度决定,给出了汽羽凝结形态分布图.同时,给出了汽羽的轴向和径向温度分布规律,在靠近喷嘴附近,温度变化幅度比较大,在远离喷嘴处,温度变化趋于平缓;汽羽的轴向温度分布与汽羽的形状密切相关.     

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。     

超音速两相流极限升压能力的理论与试验研究

采用理论和实验的方法研究了一定汽水参数下的超音速汽液两相流升压装置的极限升压能力以及主要结构参数对其的影响规律。计算与实验的结果表明:超音速汽液两相流升压装置的极限升压能力计算值可达进汽压力的14倍左右,实验值可到进汽压力的2.6倍左右;混合腔和水喷嘴的几何尺寸是影响极限升压能力的最主要的结构参数;极限升压能力随混合腔收缩比增大而增大,随水喷嘴出口与混合腔喉部截面积比增大而减小,随蒸汽喷嘴喉部与出口截面积之比变化不大。计算和实验得到的结构参数对极限升压能力的影响规律是基本一致的。     

变质量流率蒸汽浸没射流压力振荡特性研究

本文对变质量流率蒸汽浸没射流压力振荡特性开展了实验研究,发现蒸汽质量流率随时间延长呈指数规律下降。蒸汽射流凝结经历了稳定凝结、振荡凝结、过渡喘振和喘振四个阶段,射流初始水温越高,各个凝结区域转换点对应的蒸汽质量流率越高。在不同的凝结区域,蒸汽质量流率和过冷水温度对振荡特性的影响程度不同。相同蒸汽质量流率时,初始水温越高振荡频率越小。振荡强度均方根值和峰值均在凝结振荡区达到最大,且初始水温越高,最大值对应的蒸汽质量流率越高,振荡强度峰值最高可达70 kPa。     

R1234ze和R22在微细通道中流动凝结换热的实验研究

实验研究了R1234ze、R22在细圆管中的流动凝结换热特性。实验圆管内径为1.085 mm,方管为0.952 mm。R22的质量流率为200~1200 kg/(m~2·s),R1234ze的为200~800 kg/(m~2·s),饱和温度为40℃与50℃。实验结果表明,高质量流率时R22在较高干度下换热系数随干度增加缓慢或略有下降,R1234ze的随干度变化有较明显的线性性质。相同条件下R1234ze的凝结换热系数高于R22的。对比实验结果与现有关联式的预测结果,其中,Wang等关联式(2002)对实验数据预测偏差在21%之内,Kim等关联式(2013)对实验数据预测偏差在19%之内。     

超音速蒸汽射流汽羽形状及压力分布的实验研究

本文针对喷嘴喉部直径为8 mm、出口直径为9.6 mm,压力为0.2～0.6 MPa的蒸汽在温度变化范围为20～70℃环境水中形成的超音速蒸汽浸没射流凝结进行了实验研究。实验观察到了五种典型的汽羽:渐缩形、膨胀-收缩形、双膨胀-收缩形、膨胀-收缩-发散形和发散形汽羽。实验测定了流场的压力分布并对轴线压力分布规律与汽羽凝结形态进行了对照分析;同时给出了流场的压力分布图,反映了流场中压力的影响范围随着蒸汽入口压力和过冷水温度的增加而逐渐扩大的规律。     

低进汽压力下超音速两相流升压特性实验研究

本文采用实验方法研究了进汽压力为0.2 MPa以下时,由蒸汽喷嘴、混合腔及相应的阀门和管道组成超音速汽液两相流升压加热装置的运行特性。实验表明在进汽压力为0.1 MPa-0.2 MPa时,超音速汽液两相流升压加热装置都可稳定可靠地运行,且升压效果明显,可满足电力、供暖、轻工等许多行业蒸汽加热的要求。     

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。     

超音喷流啸音发声机理的实验研究

啸音是超音速喷流噪声的三大成分之一,其特点是向上游传播的离散纯音,被认为是飞机部件声疲劳的重要因素之一。但到目前为止,啸音仍是喷流噪声研究中理解最少、预测能力最低的成分,研究表明这主要是因为啸音受环境的影响很大,如啸音的强度就受到喷流马赫数、喷流温度、喷嘴唇口厚度以及形状等的影响。本文通过实验研究了在超音速喷流情况下喷嘴唇口厚度对啸音幅值、模态等的影响。实验结果表明,随着喷嘴厚度的增加,啸音的幅值增加达到了10 db以上。啸音的频率则随着唇口厚度的增加有所减小。     

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。     

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。     

蒸汽喷射制冷系统中喷射器内特殊流动现象的研究

本文通过求解二维N-S方程来模拟蒸汽喷射器内复杂的流动混合过程,模拟时使用了蒸汽的真实物性公式。与理想气体假设不同,真实物性的带入,真实地反映了蒸汽经缩放喷嘴时,温度递减,喷嘴出口后温度场波动变化的特征．模拟时,通过对节点焓值的计算,得出了喷射器内发生相变的蒸汽的百分含量,实现了相变现象的定量分析。在激波捕捉方面,验证了喷射器内喷嘴出口后,膨胀波(压缩波)经混合层反复折射、转化、衰减的过程,以及在扩压室入口会产生斜激波的理论预测。