[发明专利]一种对并联通道流动失稳行为影响机制的表征方法及系统

说明书

本发明公开了一种对并联通道流动失稳行为影响机制的表征方法及系统，具体包括：获取影响并联通道流动失稳行为的任一几何构型尺寸流道的特征尺寸；根据所述特征尺寸获得轴向受热均匀性和周向受热均匀性；通过所述轴向受热均匀性和周向受热均匀性的乘积，表征所述几何尺寸流道受热均匀性的无量纲量；在对比分析几何构型尺寸对并联通道流动失稳行为特征以及流动失稳边界时，通过所述无量纲量对不同的几何构型尺寸流道进行区别和表征。本发明有效解决了现行的单纯适用热工参数表征并联通道流动失稳特征的局限性，对研究并联通道的流动失稳行为以及支持不同尺寸并联通道的相应换热系统的热工水力设计和安全评审尤有重要意义。

技术领域

本发明涉及反应堆热工水力领域，具体涉及一种对并联通道流动失稳行为影响机制的表征方法及系统。

背景技术

并联通道广泛存在于诸多大型的高功率密度的换热器中，加热的并联通道之间由于两相压降特性的变化以及传热相对于流动的延迟等，可能导致并联通道内的冷却剂流量发生周期性的脉动，是为并联通道间的流动失稳。冷却剂流量的周期性脉动可能导致部件产生有害的机械振动和疲劳损坏，同时还会带来热应力的周期性变化导致热疲劳损坏，甚至影响局部的传热特性导致传热恶化，威胁换热系统的安全性。为此，研究并联矩形通道间的流动失稳特性，对合理设计换热器有效防止流动失稳发生，有着重要的意义。

现行的流动失稳边界的表示方法大多采用界限含气率或者进口过冷度数和相变数构建的失稳边界，这两种表示方法均采用的是热工参数。实际上加热通道的几何尺寸对并联通道的流动失稳行为具有显著的影响，仅用热工参数表征并联通道流动失稳行为的特性无法表征几何尺寸对流动失稳行为的影响特性。然而，对于不同的换热系统而言，其加热通达的几何构型存在着较大的差异，单纯运用热工参数存在着明显的局限性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有技术中仅用热工参数表征并联通道流动失稳行为的特性无法表征几何尺寸对流动失稳行为的影响特性，目的在于提供一种对并联通道流动失稳行为影响机制的表征方法及系统，可以表征几何尺寸对流动失稳行为影响机制，有效解决了现行的单纯适用热工参数表征并联通道流动失稳特征的局限性问题。

本发明通过下述技术方案实现：

本发明的第一种实现方式，一种对并联通道流动失稳行为影响机制的表征方法，包括：获取影响并联通道流动失稳行为的任一几何构型尺寸流道的特征尺寸；根据所述特征尺寸获得轴向受热均匀性和周向受热均匀性；通过所述轴向受热均匀性和周向受热均匀性的乘积，表征所述几何尺寸流道受热均匀性的无量纲量；在对比分析几何构型尺寸对并联通道流动失稳行为特征以及流动失稳边界时，通过所述无量纲量对不同的几何构型尺寸流道进行区别和表征。

本发明首先从流动失稳发生的机制出发，明确并联通道之间发生流动失稳行为的核心机制在两相区域的压降突变；压降突变的核心在于冷却剂的载热与加热壁面热流密度之间的对应关系。为此，本发明利用受热相对更均匀，通道内的相分布相对更均匀，导致两相的摩擦压降更难发生突破，从而使失稳界限含气率升高的特性，通过并联通道轴向和周向的受热均匀性来表征不同几何尺寸下的并联通道流动失稳特性。本发明为更好的表征几何构型的影响，提出针对不同几何尺寸并联通道流动失稳影响机制的表征方法，对研究并联通道的流动失稳行为以及支持不同尺寸并联通道的相应换热系统的热工水力设计和安全评审尤为重要。

进一步的，根据所述特征尺寸获得轴向受热均匀性和周向受热均匀性，具体包括：所述特征尺寸包括加热面面积、流通截面面积、热周和湿周；通过所述加热面面积和流通截面面积的比值表征所述轴向受热均匀性；通过所述热周和湿周的比值表征所述周向受热均匀性。

进一步的，所述几何构型尺寸流道包括：棒束、半圆形管或方管。

进一步的，所述几何构型尺寸流道为棒束时，所述无量纲量Rc，通过如下公式表示：

其中，R表示棒束半径，e表示棒间距，L表示流道长度。