離散気泡モデルによる沸騰二相流の熱流動ダイナミクスモデルの構築

利用离散气泡模型构建沸腾两相流热工水力动力学模型

基本信息

批准号：
09J00127
负责人：
網健行
金额：
$ 0.45万
依托单位：
Kansai University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2009
资助国家：
日本
起止时间：
2009 至 2010
项目状态：
已结题

项目摘要

ボイラ,沸騰水型原子炉等の各種沸騰関連機器を設計,運転する際に,限界熱流束が重要な安全基準の一つとなる.限界熱流束は蒸発管内の気液二相流における,気相と液相の幾何学的な配置パターンから形成される流動様式に大きく影響する.特に水平流では,重力と流動方向が異なるため垂直上昇流よりも流動様式は複雑となることに加え,重力による浮力の影響と表面張力のバランスにより間欠流に伴うドライアウトが比較的低クオリティ条件でも発生してしまう危険性がある.このような二相流のダイナミクスに起因する諸問題を解決するために,垂直上昇流を対象にパターンダイナミクスに基づく離散気泡モデルを構築した.これはボイド伝播方程式を基礎式とし,気泡のウェーク効果,気相の圧縮性そして管路との幾何学的整合性に基づいた相再配分を運動量効果として組み込むものである.本離散気泡モデルを水平流に適用する際には,運動量効果となる気相の相対速度および局所圧力損失の変更が必要になる.また,沸騰系に拡張する場合は気相の圧縮性および加速項の考慮が必要になる.以上の変更を適切に行うことで水平等温二相流において,ボイド率の時空間変動特性を得ることができ,気泡流,スラグ流,環状流といった典型的な流動様式に加え,スラグ環状流,波状環状流といった水平流に特有な遷移流れを数値的に実現することができた.また実際に作動流体に二酸化炭素を用いた強制流動沸騰系において,流動観察実験を行うことで水平細管内の流動様式を把握すると伴に,この流動様式の遷移を水平流に拡張した本離散気泡モデルを用いることで上手く再現することができた.そして沸騰水平二相流に適用することでボイド率の時空間変動挙動を得ることができ,沸騰流路中のボイド率が発達する様子を実現することができた.

临界热通量是设计和运行各种与沸腾相关的设备（例如锅炉和沸水反应堆）以及液相几何排列图案时的重要安全标准之一。特别是，在水平流中，由于重力和流动方向不同，流型比垂直向上流更复杂，并且间歇流是由重力引起的浮力和与干燥相关的表面张力之间的平衡引起的。即使在相对低质量的条件下也存在发生流出的风险。为了解决两相流动力学引起的这些问题，我们开发了基于垂直向上流的模式动力学的离散气泡模型。在空隙传播方程上，并结合了气泡的尾流效应、气相的可压缩性以及基于与管道的几何一致性的相重新分布作为水平流气泡模型。当应用于沸腾系统时，需要改变气相的相对速度和局部压降，这些都是动量效应。此外，当扩展到沸腾系统时，需要考虑气相的可压缩性和加速度条款。通过适当地进行上述更改，在水平等温两相流中，可以获得空隙率的时空变化特征，除了气泡流、段塞流、环空流等典型流动模式外，还可以获得水平流的特征如炉渣环形流和波状环形流的数值实现过渡流。此外，通过在使用二氧化碳作为工作流体的强制流动沸腾系统中实际进行流动观察实验，我们能够了解水平毛细管中的流动模式，并通过应用这种离散来理解该流动模式的水平转变。将气泡模型转化为沸腾水平两相流，我们能够获得空隙率的时空波动行为，并且成功地再现了沸腾流道中的空隙，从而实现了速率的发展。