文青龙-倾斜限制空间内池式沸腾临界热流密度分析模型研究.pdf

第 31 卷 增刊（1 ） 核 动 力 工 程 Vol. 31. S1 2 0 1 0 年 5 月 Nuclear Power Engineering May. 2 0 1 0 文章编号：0258-0926(2010)S1-0109-06 倾斜限制空间内池式沸腾临界 热流密度分析模型研究 文青龙 1,2 ，陈 军 2 ，赵 华 2 （1. 上海交通大学核科学与工程学院，上海，200240 ；2. 中国核动力研究设计院空泡物理和自然循环国家级重点实验室，成都，610041 ） 摘要：在对汽泡行为进行分析的基础上，以分离流模型、稳定性分析、表面能守恒为理论基础，从界面 脱离机理出发，建立了临界热流密度分析模型。采用该模型对文献[1]实验工况进行计算，计算结果与 5 mm 和 8 mm 窄缝尺寸实验数据在定性和定量上都符合得较好；计算结果虽在定性上反映了 3 mm 窄缝尺寸实验 数据的变化趋势，但定量上却与实验数据存在一定的偏差。采用该模型对其他文献实验工况进行计算，其结 果与 Yang 、Kim 、Howard 和 Gribov 的实验数据吻合较好，而与 Guo 关联式存在一定的偏差。 关键词：限制空间；池式沸腾；临界热流密度；分析模型 中图分类号：TL333 文献标识码：A 1 引 言 大空间池式沸腾临界热流密度（CHF ）实验 已开展得相当广泛，建立了预测关联式，提出了 微液层干涸等模型。然而，近些年来诸如电子元 器件冷却和核反应堆冷却等领域出现的区别于大 空间池式沸腾的限制空间池式沸腾现象，已经引 起研究人员的广泛关注[1]。Yang[2]等的研究表明， 加热表面倾角或矩形通道窄缝都会对限制空间池 式沸腾 CHF 产生一定的影响，虽然建立了预测关 联式，但各式通用性都不理想，且对 CHF 触发机 理的研究均不够深入。 图 1 倾斜限制空间内汽-液两相流动简化物理模型 因此，本文将在对倾斜限制空间池式沸腾实 Fig.1 Simplified Physical Model for Vapor-Liquid Two-phase Flow in Inclined Confined Spaces 验研究汽泡行为分析的基础上，以分离流模型、 稳定性分析、表面能守恒为理论基础，从界面脱 处开始出现；⑦汽相充满 3 个壁面的侧面；⑧汽 离机理出发，建立倾斜限制空间池式沸腾 CHF 的 相维持在饱和温度；⑨忽略液相密度差所引起的 分析模型。 驱动力。 （2 ）稳定性分析中考虑：①流体无旋、无粘 2 模型的建立 性且不可压缩；②两相呈小曲率正弦波动；③界 以实验本体为研究对象，简化得到如图 1 所 面受简单谐波扰动。 示的物理模型。为便于分析，特作如下假定： 2.1 分离流模型 （1 ）分离流模型中考虑：①一维流动；②热 对汽相建立质量、能量和动量微分方程： 流密度均匀且恒定；③仅在加热壁面发生相变且 ⎡ ⎛dm ⎞ ⎤ ⎜ g ⎟ 在界面处不凝结；④液相维持在大气压饱和温度； ⎢m + dx ⎥−m Γ dx （1 ） ⎢⎣ g ⎜⎝