竖直加热管道内干涸型临界沸腾数值分析

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1、分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文竖直加热管道内干涸型临界沸腾数值分析硕士研究生：陈丽娟指导教师：田兆斐教授学科、专业：核科学与技术论文主审人：张智刚教授哈尔滨工程大学2018年3月分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文竖直加热管道内干涸型临界沸腾数值分析硕士研究生：陈丽娟指导教师：田兆斐教授学位级别：工学硕士学科、专业：核科学与技术所在单位：核科学与技术学院论文提交日期：2018年1月论文答辩日期：2018年3月学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.C:ADissert

2、ationfortheDegreeofM.EngNumericalAnalysisofDry-outCriticalBoilinginVerticalHeatingPipesCandidate:ChenLijuanSupervisor:Prof.TianZhaofeiAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:NuclearScienceandTechnologyDateofSubmission:January,2018DateofOralExamina

3、tion:March,2018University:HarbinEngineeringUniversity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

4、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

5、行保存、汇编等。作者（签字）：导师（签字）：日期：年月日年月日摘要反应堆燃料组件表面的临界热流密度现象关系到堆芯运行过程中安全性与经济性。随着计算机技术和计算流体力学的大力发展及反应堆精细化分析的需求，CFD技术以其更为精细化的网格尺寸、更加稳健、高效的数值方法，在成功解决单相流动问题的基础上，开始开发对两相流动的数值模拟的功能。目前，商业两相CFD软件FLUENT基于欧拉-欧拉两流体求解器，并与多相流模型中的壁面沸腾模型一起，已经具有一定的两相流数值分析的能力，能较为准确分析压水堆或沸水堆燃料组件表面的热量传递及临

6、界热流密度现象。由于两相CFD程序目前尚未成熟，并考虑到反应堆燃料组件内的两相流动实验数据较少,本文基于Bennett等在均匀加热热流密度下，竖直圆管内的气-水两相流动及传热的实验研究进行了数值模拟，并进行沸腾现象相关分析。本文首先利用商用两相CFD_FLUENT对竖直加热管道内的两相流动进行模拟，采用速度入口、压力出口及对称边界条件进行计算。通过与实验获得的壁面温度进行比较，确定欧拉两流体模型中较为重要的因素：网格及湍流模型。随后，对壁面沸腾模型和两相流流型进行了较为详细讨论，通过与实验数据进行对比，选择合理的壁面

7、沸腾模型进行干涸临界现象的模拟。计算发现，结合混合相的k−ε两相湍流模型能获得较为满意的结果；同时，CHF壁面沸腾模型考虑两相流流型对气液两相流动的影响，计算结果更为合理。其次，考虑到相间动量传递直接影响到两相流模拟的准确性。因此，在确定基准的相间作用力组合后，对两相间曳力和非曳力展开了相关分析。通过控制变量法，逐一改变相间作用力模型，分别讨论了曳力、升力、壁面润滑力及湍流耗散力对气泡分布的影响，结果表明湍流耗散力模型对气泡径向分布影响最大，对两相流数值模拟具有一定的参考价值。最后，本文对圆管内的流动沸腾现象及临界热

8、流密度（以下简称CHF）进行相关计算。基于合适的两相数值计算模型重点讨论数值计算过程中判断CHF的方法，在此基础上结合CHF表数据进行临界热流密度的预测，并对圆管内的临界现象进行参数分析。关键词：两相CFD；欧拉两流体模型；壁面沸腾模型；相间作用力；CHFABSTRACTThecriticalheatfluxphenomenononthesur