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工程中加热管道中的流动不稳定性

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流量震荡有多种原因,可能是由于气泡产生引起的,也可能是由于设计或者加工导致的不合理机械阻力引起的。两相流中的气泡受到微小扰动后,容易发生流量漂移或流量振荡。振荡的振幅可以是恒定的,也可以是变化的。堆芯内一个通道的流量震荡会引起周边通道的流量再分配,于是导致更大范围的流动不稳定。流动不稳定是要尽可能避免的,因为它可能引起部件的疲劳或热疲劳破坏;也可能使系统的传热性能变坏,造成沸腾换热恶化,已有的经验表明流动不稳定可以使防止偏离泡核沸腾所需要的临界热流密度下降约40%;还可能干扰控制系统,在冷却剂兼作慢化剂的反应堆中,这个问题会尤其严重。因此,流动不稳定性的研究对反应堆的设计和安全分析是非常重要的。已有的经验表明,在压水堆核电厂正常运行的情况下,流动不稳定性并不突出,只有在额定流量下功率上升到满功率的150%的情形下,才需要考虑流动不稳定。不过,在自然循环的情况下,由于流量小,流动不稳定需要十分关注。


稳态流动不稳定性包括莱迪内格(Ledinegg)不稳定性(或叫流量漂移)和流型不稳定性等。莱迪内格不稳定性的特点是系统内的流量会发生非周期性的漂移,即流量会从一个数值改变为另一个数值。这是因为系统的水力特性曲线的某一区域是多值的,即一个驱动头对应几种流量。可采用在系统入口处加节流件或增加系统压力等方法使带多值性区的水力特性曲线转变成单值性曲线,从而消除莱迪内格不稳定性。在图中,2点的斜率小于零,是不稳定的。曲线I是改变了管路的水力特性后的单值性曲线,消除了斜率为负的不稳定点。


瞬态流动不稳定性包括密度波不稳定性、脉动、声波振荡和热振荡等。在加热的沸腾通道中,若某一热工参数发生扰动,例如,暂时减少通道入口的流量,将使流体比焓升高,平均空泡份额也随着提高,平均密度下降。那么这一扰动势必影响到流动压降及传热性能。某种情况下,经过多次的反馈作用,会形成流量、空泡份额(或密度)和压降的振荡,它称为密度波(或空泡波)不稳定性,是比较常见的一种瞬态流动不稳定性。在沸水反应堆内,密度的振荡还会引起反应性的变化,核效应的反馈作用使一般的流体动力学不稳定性变得更加复杂。实验证明,提高系统压力,加大通道进口节流度,缩短通道加热长度和增加质量流速都可增加流动稳定性,减少发生密度波振荡的可能性。



songshizhao
最初发表2018/6/15 21:07:34 最近更新2018/6/15 21:07:34 330
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