核電廠熱工水力學(xué)6

1、中中 國國 實實 驗驗 快快 堆堆堆芯傳熱堆芯傳熱中中 國國 實實 驗驗 快快 堆堆1流動沸騰傳熱流動沸騰傳熱流動沸騰是指液體有宏觀運動的系統(tǒng)內(nèi)的沸流動沸騰是指液體有宏觀運動的系統(tǒng)內(nèi)的沸騰，加熱面上汽泡生長受到液體流動方向上騰，加熱面上汽泡生長受到液體流動方向上的附加作用，使壁面的泡化過程特性發(fā)生變的附加作用，使壁面的泡化過程特性發(fā)生變化。液體運動可以是由外力強制作用引起的化。液體運動可以是由外力強制作用引起的強迫流動，也可以是由流體密度差造成的自強迫流動，也可以是由流體密度差造成的自然對流。流動沸騰常伴隨著各種汽然對流。流動沸騰常伴隨著各種汽液兩相液兩相運動，所以它比池內(nèi)沸騰復(fù)雜。運動，所以

2、它比池內(nèi)沸騰復(fù)雜。 中中 國國 實實 驗驗 快快 堆堆1.1流動沸騰流動沸騰的傳熱工況的傳熱工況和流型和流型考察一根全長均考察一根全長均勻加熱的垂直圓勻加熱的垂直圓管，該管承受較管，該管承受較低的熱流密度低的熱流密度q，管底部以這樣的管底部以這樣的速度供給欠熱液速度供給欠熱液體，使得液體在體，使得液體在管全長上能蒸發(fā)管全長上能蒸發(fā)完。完。 中中 國國 實實 驗驗 快快 堆堆在高熱在高熱流密度流密度下，垂下，垂直管內(nèi)直管內(nèi)的流動的流動沸騰的沸騰的傳熱工傳熱工況和汽況和汽液兩液兩相流型相流型 中中 國國 實實 驗驗 快快 堆堆A 單相液體區(qū)單相液體區(qū)B 過冷泡核沸騰過冷泡核沸騰C+D 飽和泡核沸騰

3、飽和泡核沸騰E+F 通過液膜的強制對流傳熱通過液膜的強制對流傳熱G 缺液區(qū)傳熱缺液區(qū)傳熱H 單項蒸汽對流傳熱單項蒸汽對流傳熱中中 國國 實實 驗驗 快快 堆堆1.2強制對流沸騰的臨界熱流密度工況強制對流沸騰的臨界熱流密度工況(CHF)強制對流沸騰可能出現(xiàn)兩種不同的臨界熱流密度工況強制對流沸騰可能出現(xiàn)兩種不同的臨界熱流密度工況（CHFCHF），一種是），一種是偏離泡核沸騰偏離泡核沸騰（簡稱（簡稱DNBDNB），另一種是），另一種是蒸蒸干干（DryoutDryout）。它們在控制熱流密度的情況下都能使壁溫）。它們在控制熱流密度的情況下都能使壁溫從接近飽和溫度突然躍升到大大地超過飽和溫度。發(fā)生從接近

4、飽和溫度突然躍升到大大地超過飽和溫度。發(fā)生DNBDNB時，由于汽膜覆蓋壁面使傳熱系數(shù)突然降得很低，而熱流密時，由于汽膜覆蓋壁面使傳熱系數(shù)突然降得很低，而熱流密度卻很高，致使壁面驟然達到極高的溫度，結(jié)果常使壁面被度卻很高，致使壁面驟然達到極高的溫度，結(jié)果常使壁面被快速燒毀。這樣，發(fā)生快速燒毀。這樣，發(fā)生DNBDNB的熱流密度便與引起實際燒毀的的熱流密度便與引起實際燒毀的熱流密度幾乎相等。熱流密度幾乎相等。對于蒸干，由于熱流密度較低和傳熱系數(shù)較高，則壁溫突然對于蒸干，由于熱流密度較低和傳熱系數(shù)較高，則壁溫突然上升得并不很高，遠達不到使壁面立刻燒毀的溫度。所以，上升得并不很高，遠達不到使壁面立刻燒毀

5、的溫度。所以，蒸干時的熱流密度遠低于實際燒毀的熱流密度。蒸干時的熱流密度遠低于實際燒毀的熱流密度。兩種兩種CHFCHF工況的特點是傳熱系數(shù)急劇降低，壁溫突然升高。工況的特點是傳熱系數(shù)急劇降低，壁溫突然升高。中中 國國 實實 驗驗 快快 堆堆1.3常用的泡核沸騰（包括欠熱和飽和泡核沸常用的泡核沸騰（包括欠熱和飽和泡核沸騰）傳熱關(guān)系式騰）傳熱關(guān)系式 中中 國國 實實 驗驗 快快 堆堆1.4 泡核沸騰起始點（泡核沸騰起始點（ONB）的確定，汽泡）的確定，汽泡開始脫離壁面點（開始脫離壁面點（FDB）的確定，熱平衡態(tài)）的確定，熱平衡態(tài)飽和沸騰起始點的確定飽和沸騰起始點的確定 在熱流密度沿管均在熱流密度沿

6、管均勻分布加熱情況下，勻分布加熱情況下，A、B、C三區(qū)的傳三區(qū)的傳熱工況、流體平均熱工況、流體平均溫度和壁面溫度沿溫度和壁面溫度沿流動方向的變化。流動方向的變化。由于流體壓力沿管由于流體壓力沿管長稍減小，所以飽長稍減小，所以飽和溫度亦沿管長稍和溫度亦沿管長稍下降下降中中 國國 實實 驗驗 快快 堆堆1.4.1泡核沸騰起始點（泡核沸騰起始點（ONB）的確定）的確定中中 國國 實實 驗驗 快快 堆堆中中 國國 實實 驗驗 快快 堆堆中中 國國 實實 驗驗 快快 堆堆1.4.2汽泡開始脫離壁面點（汽泡開始脫離壁面點（FDB）的確定）的確定 在該點之前，由于主流液體的溫度很低（即高欠在該點之前，由于主

7、流液體的溫度很低（即高欠熱度），當汽泡頂端一進入欠熱液體便立即凝結(jié)。熱度），當汽泡頂端一進入欠熱液體便立即凝結(jié)。因此，汽泡只能在很薄的過熱邊界層內(nèi)黏附在壁因此，汽泡只能在很薄的過熱邊界層內(nèi)黏附在壁面上。隨著主流液體溫度和壁面溫度的升高，汽面上。隨著主流液體溫度和壁面溫度的升高，汽化核心數(shù)目增多，汽泡長大并開始脫離壁面，泡化核心數(shù)目增多，汽泡長大并開始脫離壁面，泡核沸騰傳熱增強（占主導(dǎo)地位），所以，汽泡開核沸騰傳熱增強（占主導(dǎo)地位），所以，汽泡開始脫離壁面點也可以看作充分發(fā)展的欠熱泡核沸始脫離壁面點也可以看作充分發(fā)展的欠熱泡核沸騰開始點（騰開始點（FDB）。由于汽泡脫離開壁面，使蒸）。由于汽泡脫

8、離開壁面，使蒸汽含量表現(xiàn)出一種容積效應(yīng)，所以，該點也叫凈汽含量表現(xiàn)出一種容積效應(yīng)，所以，該點也叫凈蒸汽產(chǎn)生開始點。在該點之后，可以認為是汽蒸汽產(chǎn)生開始點。在該點之后，可以認為是汽液兩相流動。液兩相流動。中中 國國 實實 驗驗 快快 堆堆中中 國國 實實 驗驗 快快 堆堆中中 國國 實實 驗驗 快快 堆堆1.4.3熱平衡態(tài)飽和沸騰起始點的確定熱平衡態(tài)飽和沸騰起始點的確定中中 國國 實實 驗驗 快快 堆堆1.5兩相強制對流蒸發(fā)傳熱（兩相強制對流蒸發(fā)傳熱（E+F）關(guān)系式）關(guān)系式中中 國國 實實 驗驗 快快 堆堆中中 國國 實實 驗驗 快快 堆堆中中 國國 實實 驗驗 快快 堆堆中中 國國 實實 驗驗

9、 快快 堆堆中中 國國 實實 驗驗 快快 堆堆1.6流動沸騰臨界熱流密度（流動沸騰臨界熱流密度（CHF）臨界熱流密度工況是指傳熱機理正好發(fā)生變化而使傳熱系數(shù)臨界熱流密度工況是指傳熱機理正好發(fā)生變化而使傳熱系數(shù)突然下降（即傳熱惡化）的狀態(tài)，臨界熱流密度（突然下降（即傳熱惡化）的狀態(tài)，臨界熱流密度（CHF）則指在該工況下的熱流密度的數(shù)值。有兩種則指在該工況下的熱流密度的數(shù)值。有兩種CHF工況：工況：偏離泡核沸騰（偏離泡核沸騰（DNB型）型）在高熱流密度下，沸騰可以由欠熱泡核沸騰或低含汽率的在高熱流密度下，沸騰可以由欠熱泡核沸騰或低含汽率的飽和泡核沸騰直接進入膜態(tài)沸騰（欠熱或飽和膜態(tài)沸騰），飽和泡核

10、沸騰直接進入膜態(tài)沸騰（欠熱或飽和膜態(tài)沸騰），這種由泡核沸騰直接向膜態(tài)沸騰的轉(zhuǎn)變叫偏離泡核沸騰這種由泡核沸騰直接向膜態(tài)沸騰的轉(zhuǎn)變叫偏離泡核沸騰（Departure from Nucleate Boiling）。它可以分欠熱的）。它可以分欠熱的DNB和飽和的和飽和的DNB。DNB機理的特點是在壁面上形成蒸汽機理的特點是在壁面上形成蒸汽膜覆蓋壁面，使液體不能接觸壁面，從而使傳熱惡化，造膜覆蓋壁面，使液體不能接觸壁面，從而使傳熱惡化，造成壁溫急劇升高。一般說來，成壁溫急劇升高。一般說來，DNB發(fā)生時壁溫躍升是如此發(fā)生時壁溫躍升是如此之高，以至于可能使壁面立刻燒毀。之高，以至于可能使壁面立刻燒毀。中中

11、國國 實實 驗驗 快快 堆堆干涸或蒸干（干涸或蒸干（Dryout）在低熱流密度和高含汽率的環(huán)狀流動區(qū)，附在低熱流密度和高含汽率的環(huán)狀流動區(qū)，附壁液膜會因蒸干或撕破等原因而消失，從而壁液膜會因蒸干或撕破等原因而消失，從而導(dǎo)致壁面干涸。干涸發(fā)生時，由于蒸汽流速導(dǎo)致壁面干涸。干涸發(fā)生時，由于蒸汽流速較高，其傳熱能力并不太低，因而壁溫上升較高，其傳熱能力并不太低，因而壁溫上升不很劇烈，一般不會使壁面立刻燒毀。不很劇烈，一般不會使壁面立刻燒毀。中中 國國 實實 驗驗 快快 堆堆1.6.1棒束通道的臨界熱流密度（棒束通道的臨界熱流密度（CHF）關(guān)系式）關(guān)系式中中 國國 實實 驗驗 快快 堆堆A 單通道單通道CHF關(guān)系式推廣用于棒束關(guān)系式推廣用于棒束中中 國國 實實 驗驗 快快 堆堆中中 國國 實實 驗驗 快快 堆堆中中 國國 實實 驗驗 快快 堆堆B 由棒束臨界熱流密度實驗數(shù)據(jù)整