核反应堆稳态工况的水力计算1

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1、第四章核反应堆稳态工况的水力计算√4.1稳态工况下水力计算的任务√4.2流体力学的一些基本知识√4.3单相冷却剂的流动压降计算4.4汽—水两相流动及其压降计算提升压降2加速压降3摩擦压降4局部压降5汽－水两相流动及其压降计算多相流：多种物相（汽、液、固）在同一个系统内一起流动称为多相流。组分：通常把组成物相的化学成分称为组分。由相同化学成分组成的多相流称为单组分多相流，否则，则称为多组分多相流。两相流的存在明显地改变了冷却剂的传热性能和流动特性。两相流的研究对水冷却反应堆系统的设计和运行是非常重要的。6一、两相流的流型概念：在受热通道中，汽－水混合物的汽相和液相同时流动，可以形成各式

2、各样的形态，即所谓流动结构，这些流动结构通常就称之为流型。重要性：确定两相流的流型与在单相流中区别是层流还是湍流是同样重要的。因为在两相流中，流型与系统的压力、流量、含汽量、壁面的热流量以及通道的几何形状和流动方位有着密切的联系，流型的变更通常表征着动量传递和传热特性的改变，因而不同的流型在通道内会形成不同的流动工况，产生不同的流动压降、不同的传热方式和沸腾临界。7垂直加热通道中的主要流型（１）泡状流：液相是连续相，汽相以汽泡的形式弥散在液相中，两相同时沿通道流动。这种流型一般发生在过冷沸腾区或饱和沸腾低含汽量区；（２）弹状流：也称塞状流或块状流，它是柱形汽泡和块状液团在通道的中心部

3、分交替出现的流动。这种流动实际上是泡状流向环状流的过渡阶段，因此弹状流是一种不稳定的过渡流型。它一般出现在饱和沸腾中等含汽量区；8（３）环状流：液相在管壁上形成一个环形的连续流，而连续的汽相则在管道的中心部分流动，在液环中还弥散着汽泡，在汽相中也夹带着液滴。这种流型出现在饱和沸腾高含汽量区。（４）滴状流：通道内的流体变成许多细小的液滴悬浮在蒸汽主流中随着蒸汽流动。而且越接近通道的出口，液滴的数量越少，液滴的尺寸也越小，直到形成单相蒸汽时为止。垂直加热通道中的主要流型9垂直加热通道中的典型流型1011水平流动通道中的流型水平流动下的流型组合比垂直流动时的情况略为复杂，因为流场在重力作用

4、下，导致较显著的相分布不均匀性。常见的水平同向流动流型有弥散泡状流、层状流、间歇流和弥散环状流。12弥散泡状流气泡弥散在连续液相中，由于浮力影响，气泡集中弥散在流道顶部。随着流速增大气泡呈泡沫状均匀弥散于整个流道。13层状流层状流又可细分为纯层状流和波状层状流。纯层状流下，重力使两相完全分离，两相交界面光滑。气相在流道上部流动，液相在流道底部流动。随着气相流速增大，两相交界面呈波状，便进入波状层状流。14间歇流间歇流又可细分为塞状流、半弹状流和弹状流。塞状流是气泡呈弹状且偏置于流道顶部流动。弹状流时液相呈连续相，夹杂有小液滴的气块处于流道顶部并与泡沫状液块相间。半弹状流和弹状流的差异

5、仅是泡沫状液块界面呈波状且不与流道顶部相接触。15弥散环状流水平弥散环状流的基本特征与垂直流动下的相同。一般不出现纯环状流动，汽芯中往往夹带着大量弥散液滴。其主要差异是因在重力作用下液膜周向厚度不均匀，流道底部处膜厚大于顶部处的液膜厚度。16流型图汽液两相流的流型与两相流的流动和传热特性有很大关系，因此如何确定流型一直是两相流研究中的一个重要课题。在两相流流量、流体的物性值（密度、粘度、表面张力等）、管道的几何形状尺寸以及热流密度确定的条件下，要判断管内汽液两相流的流型可应用流型图。流型图是根据实验数据总结而成，因而应用流型图时不应超过其试验范围。17二含汽量、空泡份额和滑速比两相流

6、系统的流动压降计算、传热计算、流动稳定性分析，除了要涉及到具体流型之外，还必须确定通道中每一处两相间数量上的比例关系，为此引入了含汽量、空泡分额和滑速比的概念。181含汽量(即质量含汽率)静态含汽量xs。对于不流动的系统，其静态含汽量为考虑一个长度为△z的体积元，有xs值的变化范围是0≤xs≤1。19真实含汽量x真实含汽量x对于分析过冷沸腾和烧干后的沸腾工况十分重要，因为在这两个区域内汽液两相处于热力学非平衡状态。20平衡态含汽量xe式中Ｈ是汽液两相混合物的焓，Hfs是液体的饱和焓，Hfg是汽化潜热。平衡态含汽量可以为负，也可以为正和大于1。若xe为负，则说明流体是过冷的；若xe大于

7、1，则说明流体已为过热蒸汽。212空泡份额α在静止的汽液混合物中，定义为蒸汽的体积与汽液混合物总体积的比值22式中的Ag和Af分别是蒸汽和液体在通道内所占据的流通截面积Ａ。因为Ag+Af=A，由此可见，α在数值上恰好等于蒸汽所占据的通道截面积的份额。在流动的系统中，定义为该区段蒸汽的体积与汽液混合物总体积的比值23空泡份额沿加热通道的分布如下图：24I--高过冷沸腾区　　高过冷沸腾区,液体主流是高度过冷的，汽泡在加热面上以起沫方式生成，很稀疏，并且是贴附