搖擺對矩形通道內(nèi)流動阻力特性的影響研究.pdf

1、小通道換熱技術(shù)是實(shí)現(xiàn)船舶動力系統(tǒng)換熱設(shè)備小型化的有效方法之一。不同于陸基核反應(yīng)堆,船舶核反應(yīng)堆始終處于運(yùn)動條件下,其中船身搖擺過程對冷卻劑熱工水力特性的影響最為復(fù)雜。搖擺使冷卻劑受慣性力作用,同時引起重力沿流動方向分量改變,從而影響動力裝置的運(yùn)行特性。
　　本文對搖擺條件下矩形小通道內(nèi)流動阻力特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究和理論分析。實(shí)驗(yàn)在常溫常壓下進(jìn)行,以空氣和去離子水為工質(zhì)。5個實(shí)驗(yàn)段當(dāng)量直徑的范圍為2.73~5.99mm,高寬比為0.0

2、33~0.075。分液相雷諾數(shù)和分氣相雷諾數(shù)的范圍分別為200~21000和221~8310,搖擺周期和搖擺振幅的范圍分別為8s~20s和10°~30°。采用調(diào)節(jié)離心泵轉(zhuǎn)速的方式獲得不同驅(qū)動壓頭,以比較搖擺運(yùn)動對單相強(qiáng)迫循環(huán)的不同影響。
　　單相可視化實(shí)驗(yàn)及流量波動理論模型表明,開放回路和閉合回路流量波動特性主要影響因素分別為總重位壓降和附加壓降。單相流量波動幅值隨有效驅(qū)動壓頭增加而減小,隨波動壓降幅值增加而增大,當(dāng)有效驅(qū)動壓頭大

3、于波動壓降幅值的10~11倍時,流動趨于穩(wěn)定。單相流阻力特性實(shí)驗(yàn)表明,搖擺對單相流摩擦阻力的影響隨驅(qū)動壓頭增加而減弱,驅(qū)動壓頭較高時,搖擺的影響可忽略。驅(qū)動壓頭較低時流量周期性波動,摩擦壓降波動幅值隨搖擺振幅增加而增大,隨平均流速增加而減小,隨搖擺周期的變化因回路不同而存在差異。
　　建立了單相層流二維動量守恒方程,其預(yù)測的摩阻系數(shù)與實(shí)驗(yàn)值有較好的一致性。搖擺運(yùn)動對單相流摩擦阻力的影響機(jī)理為:驅(qū)動壓頭較低時,搖擺引起入口流量周期性

4、波動,從而導(dǎo)致壁面切應(yīng)力周期性變化,進(jìn)而引起宏觀摩擦阻力周期性波動;驅(qū)動壓頭較高時,搖擺僅引起沿流動方向的附加壓降,不影響壁面切應(yīng)力及宏觀摩擦阻力。得到了高驅(qū)動壓頭下單相層流摩阻系數(shù)和轉(zhuǎn)捩雷諾數(shù)理論關(guān)系式;并基于能量梯度法研究搖擺運(yùn)動引起的流量波動對流態(tài)轉(zhuǎn)捩的影響。
　　對于兩相流動,搖擺對摩擦阻力的影響隨液流速增加而減弱。液流速較低時,相對摩擦壓降梯度波動幅值隨氣流速增加而降低,隨搖擺參數(shù)的改變沒有明顯變化;液流速較高時,摩擦壓

5、降梯度不波動。搖擺運(yùn)動對兩相流時間平均摩擦阻力沒有明顯影響。ChisholmC、Lee&Lee及Mishima&Hibiki關(guān)系式能很好地預(yù)測搖擺條件下平均摩擦阻力,但不能用于周期性瞬變摩擦壓降的計(jì)算?；诜窒嗔髂Ｐ吞岢隽四茴A(yù)測周期性瞬變摩擦壓降的關(guān)系式。
　　搖擺運(yùn)動通過改變氣液界面摩擦特性來影響兩相流宏觀摩擦阻力。穩(wěn)態(tài)傾斜條件下相界面分布不變,摩擦阻力不波動。搖擺條件下瞬變力引起氣泡加速度沿流動方向周期性改變,同時引起氣泡周期