螺旋管内流动与核态沸腾传热数值研究

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螺旋管式蒸汽发生器因具有传热高效、结构紧凑的优点在传热传质领域备受关注。特殊的几何弯曲结构使螺旋管内流动受到重力、离心力和科氏力的共同影响，与直管相比，在管内发生着独特的二次流动和汽液分离现象。沸腾条件下管内含汽率不断增加使管内流动更为复杂，且螺旋管内摩擦压降远大于直管，往往造成较大的流动损失。因此十分有必要对螺旋管内流动与传热过程进行研究。本文以SMART蒸汽发生器实验研究中的螺旋管为研究对象建立单根螺旋管模型。研究管内单相强制对流区和核态沸腾区的流动与传热特性，通过对温度、速度和压力的轴向与径向分布进行分析，得到几何参数和运行参数对传热、压降和二次流动的影响规律。通过对冷态汽液混合流动进行模拟得到无相变条件下汽液两相流动的压降特性曲线，同时发现冷态二次流动对两相分布的影响机制，得到不同质量含汽率、曲率和扭率下汽液分布和压力场的变化规律。研究表明:通过选用欧拉两流体模型和RSM湍流模型能够对螺旋管内二次流动现象进行准确捕捉，结合使用非平衡的过冷沸腾模型可对核态沸腾区的流动与传热现象进行准确模拟。在单相对流区，随着Re数的增加，摩擦因子减小、Nu数增加。速度场和温度场呈C形分布，对称涡结构沿主流方向发生顺时针偏移。而冷态汽液混合流动下的压降特性曲线存在峰值点;二次流动使汽液分离程度减弱;曲率的增加使压力不均匀性下降，同时二次流动强度增加;扭率的增大使压力不均匀性和二次流动强度均增大。在核态沸腾区，随质量含汽率的增加，表面传热系数先快速增大然后缓慢下降，壁面温度的最大值从90°向180°逆时针偏移;温度场与速度场的分布明显不同，速度场向外上侧偏移而温度场向内上侧偏移;在沸腾起始段，二次流动呈内外侧对称分布的涡结构，随着质量含汽率的增加，涡结构首先逆时针偏转但上侧涡结构不完整，随后涡结构顺时针偏移;扭率、热流密度、入口Re数和运行压力的增加会使表面传热系数增加，曲率的增加会减缓流动速度使表面传热系数下降;曲率、入口雷诺数的增加和运行压力的减小使摩擦压降和总压降明显增大;扭率增加使周向壁温分布不均匀性减弱，而曲率增加使周向壁温分布不均匀性增加;增加运行压力使汽液分离效果减弱。

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作者
赵宇;
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作者单位

哈尔滨工程大学;

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授予单位哈尔滨工程大学;
学科动力工程及工程热物理
授予学位硕士
导师姓名孙宝芝;
年度 2019
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类基础理论及试验;发电、发电厂;
关键词
螺旋; 管内流动; 核态; 沸腾传热;

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