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《哈尔滨工程大学》 2015年
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竖管外含不凝性气体蒸汽冷凝传热特性研究

宿吉强  
【摘要】:部分新一代的反应堆采用非能动安全壳冷却系统(PCCS),此系统可以不使用外部动力,依靠事故工况时热管段与冷管段形成的密度差作为循环驱动力,来持续导出安全壳内的热量,保证事故条件下安全壳内压力温度不超限定值。此系统利用蒸汽在换热器表面的凝结来导出安全壳内热量,但由于安全壳内存在大量空气等不凝性气体,相对纯蒸汽冷凝传热,不凝性气体的存在会使蒸汽的冷凝传热能力下降,相应的传热机理也变得复杂。对竖直管管外含有不凝性气体蒸汽的冷凝传热特性进行深入研究,将为研制安全可靠的PCCS创造必要条件。基于上述目的,本文针对PCCS条件下含不凝性气体蒸汽冷凝的传热特性进行实验、理论模型及数值分析,完善已有研究的不足,提供更准确的冷凝传热预测方法,更深入的认识蒸汽冷凝传热的机理,为相关科学研究与工程应用提供参考。本文主要工作如下:进行含不凝性气体的蒸汽冷凝传热实验研究,通过对实验装置内部混合气体不同空间位置的温度测量,确认不凝性气体在混合空间内是否有分层现象的发生。调节实验过程中冷却水的参数,实现对冷凝传热过程中壁面过冷度的研究,并以此为基础,进一步对混合气体压力、不凝性气体质量含量等其他参数的影响进行分析,尝试在机理方面对相应规律进行解释,最终得到适用范围更广预测精度更高的实验关联式。对冷却管管内冷却水发生自然循环工况时(管内发生相变)的蒸汽冷凝传热特性进行实验研究,探讨低壁面过冷度条件下的蒸汽冷凝传热特性,对冷凝传热过程进行更深入的认识与探索,在研究各参数的基础上得到相关的经验关联式。基于含不凝性气体蒸汽冷凝传热的扩散边界层理论预测模型,结合相关假设,建立一套完整的计算冷凝传热的预测模型,以此对本文实验以及相关经典实验工况进行理论预测,在验证模型预测结果精确度的同时,通过所建立的理论对冷凝过程中的凝结热阻、对流热阻以及液膜热阻等传热传质过程进行探索分析,尝试对冷凝过程的微观现象进行更深入的解释。结合所得到的实验关联式,建立相关的数值计算程序,从数值计算的角度实现对含空气蒸汽冷凝传热的模拟,通过对相关实验工况的预测确认计算模型准确可靠的基础上,进一步得到更细致的温度场、速度场等空间参数的结果,并以此分析冷凝罐结构以及冷凝管的布置对蒸汽冷凝传热特性的影响。对竖直的纵肋管与针翅管表面含不凝性气体的蒸汽冷凝传热特性进行实验研究,分析传热管近壁面的温度分布,探索含不凝性气体蒸汽的强化冷凝传热方法,为蒸汽冷凝的强化传热提供依据。
【学位授予单位】:哈尔滨工程大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TL364.3

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