1、6 兩相流分析,6.1 描述兩相流的物理量 6.2 兩相流輸運(yùn)方程 6.3 兩相流水力學(xué)分析 6.4 兩相流傳熱分析,14:09:33,兩相流,2,6.4 兩相流傳熱分析,6.4.1 傳熱分區(qū) 6.4.2 欠熱沸騰傳熱 6.4.3 飽和沸騰傳熱 6.4.4 沸騰臨界后傳熱 6.4.5 臨界熱流密度,14:09:33,兩相流,3,6.4.1 傳熱分區(qū),1. 池式沸騰,14:09:33,兩相流,4,2 流動(dòng)沸騰 單相液對(duì)流區(qū) （A區(qū)） 欠熱沸騰區(qū) （B區(qū)） 泡核沸騰區(qū) （C，D區(qū)） 液膜強(qiáng)迫對(duì)流蒸發(fā)區(qū) （E，F(xiàn)區(qū)） 缺液區(qū) （G區(qū)） 單相汽對(duì)流區(qū) （H區(qū)）,14:09:33,兩相流,5,6.4.2

2、 欠熱沸騰傳熱,14:09:33,兩相流,6,6.4.2 欠熱沸騰傳熱,根據(jù)汽泡形成的力學(xué)和熱力學(xué)條件，加熱面的壁面溫度低于液體的飽和溫度時(shí)，汽泡是不可能產(chǎn)生的。而只有當(dāng)壁面溫度超過液體飽和溫度一定數(shù)值之后，才可能產(chǎn)生汽泡。 對(duì)于0.113.6MPa的水，Bergles和Rohsenow建立了如何確定汽泡產(chǎn)生點(diǎn)（ZNB點(diǎn)）的壁面溫度tw的方法.,14:09:33,兩相流,7,如何確定沸騰起始點(diǎn)的位置？,14:09:33,兩相流,8,汽泡脫離點(diǎn) Zuber和Saha建議,14:09:33,兩相流,9,誤差,14:09:33,兩相流,10,含汽率和空泡份額計(jì)算,Levy推薦的流動(dòng)質(zhì)量含汽率計(jì)算關(guān)系

3、式 空泡份額就可以根據(jù)漂移流模型得到,14:09:33,兩相流,11,6.4.3 飽和沸騰傳熱,在飽和沸騰傳熱區(qū)，主流溫度達(dá)到所處壓力下的飽和溫度 很多研究者都認(rèn)為可以把飽和沸騰傳熱系數(shù)分為兩部分，一部分是考慮沸騰產(chǎn)生的汽泡對(duì)換熱的影響，另一部分是考慮強(qiáng)迫對(duì)流對(duì)換熱的影響,14:09:33,兩相流,12,兩相傳熱系數(shù),hlo是在同樣的質(zhì)量流密度情況下，用單相流傳熱系數(shù)關(guān)系式計(jì)算得到的傳熱系數(shù),14:09:33,兩相流,13,表6-5 飽和沸騰傳熱關(guān)系式系數(shù),14:09:33,兩相流,14,另外兩個(gè)比較簡單而被廣泛使用,Jens-Lottes Thom 熱流密度q的單位是MW/m2，壓力p的單位

4、是MPa，溫度t的單位是 ，壓力范圍：3.57.0MPa,14:09:33,兩相流,15,Chen關(guān)系式,計(jì)算精度更好（11%）的全區(qū)域核態(tài)沸騰 強(qiáng)迫對(duì)流部分,14:09:33,兩相流,16,Chen關(guān)系式,核態(tài)沸騰部分 原始試驗(yàn)數(shù)據(jù)的范圍： 0.17 MPa p 3.5 MPa，可外推到6.9MPa q 2.4 MW/m2 0 x 0.7 入口流速 0.064.5m/s,14:09:33,兩相流,17,Chen關(guān)系式,Collier將Chen關(guān)系式推廣到欠熱沸騰區(qū),14:09:33,兩相流,18,例6-5,已知某堆的蒸汽發(fā)生器二次側(cè)壓力為7 MPa，其中一個(gè)通道的水力直徑25 mm， 質(zhì)量流

5、量為800 kg/h，用Chen關(guān)系式計(jì)算壁面溫度為290、流動(dòng)質(zhì)量含汽率為0.2處的熱流密度。,14:09:33,兩相流,19,14:09:33,兩相流,20,14:09:33,兩相流,21,14:09:33,兩相流,22,6.4.4 沸騰臨界后傳熱,14:09:33,兩相流,23,兩種方式的沸騰臨界（環(huán)狀流和反環(huán)狀流）,14:09:33,兩相流,24,燒干沸騰臨界后的傳熱關(guān)系式,Groeneveld在對(duì)各種幾何形狀的通道進(jìn)行水-水蒸氣實(shí)驗(yàn)后，得到了燒干沸騰臨界后的傳熱關(guān)系式 Slaughterbeck等人對(duì)圓管低壓的情況下做了修正,14:09:33,兩相流,25,沸騰臨界后傳熱關(guān)系式的系數(shù)

6、以及實(shí)驗(yàn)范圍,14:09:33,兩相流,26,DNB沸騰臨界后的膜態(tài)沸騰,14:09:33,兩相流,27,DNB沸騰臨界,z是距離膜態(tài)沸騰起始點(diǎn)的距離。在DNB沸騰臨界情況下，膜態(tài)沸騰起始點(diǎn)就是偏離泡核沸騰（DNB）的起始點(diǎn)。這樣就可以得到,14:09:33,兩相流,28,6.4.5 臨界熱流密度,14:09:33,兩相流,29,1. DNB沸騰臨界,計(jì)算DNB臨界熱流密度最常用的公式是由美國西屋公司Tong等人提出的W-3公式,14:09:33,兩相流,30,W-3公式的適用范圍如下,14:09:33,兩相流,31,臨界熱流密度進(jìn)行修正,軸向加熱不均勻修正,14:09:33,兩相流,32,定

7、位架及混流片,冷壁修正,定位架及混流片 CTD是冷卻劑熱擴(kuò)散系數(shù)，對(duì)于單箍型定位架，可取0.019 冷壁修正,14:09:33,兩相流,33,W-3公式的計(jì)算值和實(shí)驗(yàn)值的比較,由W-3公式計(jì)算得到的值與實(shí)驗(yàn)測(cè)得的下限值比為 1/（1-0.23） =1.3,14:09:33,兩相流,34,DNBR,DNBR軸向位置z而變化的，其最小值為MDNBR MDNBR是水堆的一個(gè)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 例如選W-3公式，壓水堆穩(wěn)態(tài)額定工況時(shí)一般可取MDNBR = 1.8 2.2， 而對(duì)預(yù)計(jì)的常見事故工況，則要求MDNBR 1.3,14:09:33,兩相流,35,2. 燒干沸騰臨界,含汽率比較大的情況下的燒干沸騰臨界，通

8、常是沸水堆比較關(guān)注的. GE公司推出的計(jì)算燒干沸騰臨界熱流密度qCHF的Hench-Levy關(guān)系式比較有代表性。 需要說明的是，計(jì)算臨界熱流密度的公式有很多，比如Janssen-Levy，Biasi，CISE-4，Bowring，Barnett，WRB-1，W-2，B&W等等，這里就不一一介紹了，有興趣的讀者可以查閱有關(guān)文獻(xiàn)。,14:09:33,兩相流,36,3. 影響臨界熱流量的因素,（1） 冷卻劑質(zhì)量流密度 （2） 進(jìn)口冷卻劑欠熱度 （3） 工作壓力 （4） 通道進(jìn)口段長度 （5） 加熱表面粗糙度,14:09:33,兩相流,37,小結(jié),傳熱分區(qū) 欠熱沸騰傳熱 飽和沸騰傳熱 沸騰臨界后傳熱 臨界熱流密度 DNBR CHF,14:09:33,兩相流,38,作業(yè),6.4 某沸水堆冷卻劑通道，高1.8m，運(yùn)行壓力為4.8MPa，進(jìn)入通道的水的欠熱度為13，通道出口處平衡態(tài)含汽率為0.06，如果通道的加熱方式是均勻的，計(jì)算氣泡脫離點(diǎn)位置。 6.5 某壓水堆運(yùn)行壓力為15.19 MPa，某燃料元件通道水力直徑為12.53mm，均勻發(fā)熱，質(zhì)量流密度為2722 kg/(m2s)，入口平衡態(tài)含汽率為 ce = - 0.1645，計(jì)算該通道入口處和平衡態(tài)含汽率為