弧形平板降膜流動(dòng)與傳熱實(shí)驗(yàn)研究及數(shù)值模擬.pdf

1、隨著我國(guó)核電事業(yè)的發(fā)展，核電安全日益受到人們的關(guān)注。以AP1000和華龍一號(hào)為代表的第三代先進(jìn)壓水堆核電技術(shù)，引入非能動(dòng)安全殼冷卻系統(tǒng)，大大提升了核電安全保障。非能動(dòng)安全殼冷卻系統(tǒng)(PCCS)開啟后，冷卻水從安全殼上部水箱流出沿鋼制安全殼向下鋪展成膜。下降液膜接觸到高溫不銹鋼安全殼并將其冷卻，流動(dòng)和傳熱過(guò)程中會(huì)發(fā)生液膜蒸發(fā)現(xiàn)象，液膜和空氣發(fā)生自然對(duì)流，從而將安全殼內(nèi)部的熱量散失到環(huán)境中去，從而預(yù)防安全殼溫度過(guò)熱，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失效造成放射性物

2、質(zhì)泄漏。因此開展非能動(dòng)安全殼降膜流動(dòng)與傳熱機(jī)理研究，對(duì)于核電事故預(yù)防和安全運(yùn)行具有一定的科學(xué)意義和實(shí)用價(jià)值。
　　本文構(gòu)建了弧形平板降膜流動(dòng)與傳熱實(shí)驗(yàn)臺(tái)，以冷卻水為工作介質(zhì)，開展了不同水膜入口流量與不同加熱溫度工況下的降膜流動(dòng)與傳熱實(shí)驗(yàn)。降膜流動(dòng)實(shí)驗(yàn)捕捉到了水膜瞬時(shí)流型，并用染色劑示蹤水膜鋪展形態(tài)。降膜冷卻實(shí)驗(yàn)采集了降膜冷卻過(guò)程中的溫度數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:降膜流動(dòng)過(guò)程中水膜覆蓋均勻，對(duì)于弧形平板有很好的冷卻效果;不銹鋼板加熱溫度高

3、于水膜飽和溫度的情況下，有短時(shí)的大量蒸汽出現(xiàn)，說(shuō)明有明顯的降膜蒸發(fā)過(guò)程。
　　基于實(shí)驗(yàn)工況，本文運(yùn)用FLUENT軟件中的VOF多相流模型與大渦模擬或k-ε湍流模型對(duì)降膜流動(dòng)特性展開了數(shù)值計(jì)算，通過(guò)對(duì)比兩種湍流模型的數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，數(shù)值結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的水膜流型吻合度較高，證明了本文所建降膜流動(dòng)數(shù)學(xué)模型及數(shù)值模擬方法的可靠性及準(zhǔn)確性。在降膜流動(dòng)數(shù)值模擬可靠性驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步開展了不同水膜流量工況下的降膜流動(dòng)數(shù)值模擬，發(fā)

4、現(xiàn)水膜流量越大，水膜厚度越大，且水膜在不銹鋼板豎直段上發(fā)生明顯的波動(dòng)現(xiàn)象。
　　在降膜流動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)基礎(chǔ)上，通過(guò)布置內(nèi)側(cè)加熱帶和相應(yīng)的熱電偶測(cè)溫，構(gòu)建了降膜傳熱實(shí)驗(yàn)臺(tái)，開展了未達(dá)到水膜飽和溫度的降膜冷卻和達(dá)到水膜飽和溫度的降膜蒸發(fā)過(guò)程實(shí)驗(yàn)研究和相應(yīng)的數(shù)值模擬。壁面溫度的數(shù)值結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有較高的吻合度，從而驗(yàn)證了數(shù)值模擬兩種降膜冷卻過(guò)程的可靠性?；诮的だ鋮s數(shù)值模擬的可靠性驗(yàn)證基礎(chǔ)上，進(jìn)一步開展了不同水膜流量下的降膜冷卻實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模