含内热源球床通道中沸腾过程的可视化研究-核能科学与工程专业论文.docxVIP

万方数据 万方数据 分类号： 密级： U D C ： 编号： 工学硕士学位论文 含内热源球床通道中沸腾过程 的可视化研究 硕士研究生 ：张小宁 指 导 教 师 ：孙中宁 教授 学 位 级 别 ：工学硕士 学科、专业 ：核能科学与工程 所 在 单 位 ：核科学与技术学院 论文提交日期 ：2014 年 1 月 3 日 论文答辩日期 ：2014 年 3 月 14 日 学位授予单位 ：哈尔滨工程大学 Classified Index: U.D.C: A Dissertation for the Degree of M. Eng Visualization Study of Boiling Process in Packed Beds with Internal Heat Source Candidate: Zhang Xiaoning Supervisor: Prof. Sun Zhongning Academic Degree Applied for: Master of Engineering Specialty: Nuclear Energy Science and Engineering Date of Submission: January. 3, 2014 Date of Oral Examination: March. 14, 2014 University: Harbin Engineering University 哈尔滨工程大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。 有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注 明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文 的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声 明的法律结果由本人承担。 作者（签字）： 日期： 年 月 日 哈尔滨工程大学 学位论文授权使用声明 本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作 的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送 交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进 行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的 全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一 署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。 本论文（□在授予学位后即可 □在授予学位 12 个月后 □解密后）由哈尔滨工 程大学送交有关部门进行保存、汇编等。 作者（签字）： 导师（签字）： 日期： 年 月 日 年 月 日 含内热源球床通道中沸腾过程的可视化研究 摘 要 球床水冷反应堆是一种将轻水反应堆技术和球形燃料元件相结合的新概念反应堆， 它具有设计简单、模块化建造、长寿命、固有安全性高和防止核扩散能力强等优点。反 应堆的堆芯紧密填充球形颗粒燃料，构成含内热源的球床通道，对其内部的汽液两相流 型及流型演变特性进行研究有助于深入理解和认识球床通道中的流动沸腾机理与传热 规律，为球床水冷反应堆的研发提供可靠的实验依据和技术支持。 本文在内径为 75 mm 的石英玻璃管中填充直径分别为 5.09、8.02 和 12.04 mm 的表 面氧化碳钢球，利用电磁感应技术对球床通道整体加热，借助于高速摄影机对水在球床 中的流动沸腾过程开展了可视化实验研究。 在对两相流动图像处理和分析的基础上，将球床通道中的沸腾流型划分为泡状流、 弹状流和环状流，以孔隙当量直径为尺度标准，将泡状流进一步细分为小于临界直径的 泡状流和大于临界直径的泡状流。 研究了热流密度、质量流速和小球直径对流型及流型转变的影响，发现随着热流密 度的增加或质量流速的降低，两相流型由泡状流向弹状流进而向环状流转变。在同一质 量流速下，出现相同的流型，颗粒直径较大的球床通道需要的热流密度更高。 基于本文的实验数据，分别绘制了以质量流速 G 和质量含汽率 x 为坐标的沸腾流型 图以及以无量纲雷诺数 Re、沸腾数 Bo 和受限数 Co 的组合 Bo/Re 和 Re·Co 为坐标的沸 腾流型图，并给出了流型转变的经验判别式。 在孔隙空间的尺度上对泡状流中汽泡的大小、形状和运动速度等微观特征量做了研 究，发现汽泡的大小呈对数正态分布，在概率密度曲线上存在一个较为明显的峰值，对 应的汽泡平均等效直径接近于球床通道的孔隙直径。随着质量含汽率或颗粒直径的增 加，汽泡的平均等效直径变大，峰值汽泡对应的概率密度减小。在球床通道中圆度大于 0.75 的汽泡所占的份额超过 90%，且圆度越大的汽泡其概率密度也越大。随着质量含汽 率或颗