海洋條件下窄矩形通道自然循環(huán)流動阻力特性

王江文 宋鴻鵠 何川 熊飛飛 李松發(fā) 鄒全

x摘 ? 要：對海洋條件下窄矩形通道內(nèi)自然循環(huán)流動阻力特性進行了實驗研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在本實驗范圍內(nèi)，搖擺對層流摩擦阻力系數(shù)影響有限，但對湍流摩擦阻力系數(shù)影響較大，并對其理論計算公式進行修正，修正后的計算值與實驗結(jié)果符合良好。對過渡區(qū)，擬合出新的摩阻系數(shù)計算公式。結(jié)果還發(fā)現(xiàn)在正向運動過程中轉(zhuǎn)捩雷諾數(shù)比負向運動過程轉(zhuǎn)捩雷諾數(shù)小。增大振幅、頻率，減小功率均會促進轉(zhuǎn)捩，但對正向運動過程影響更顯著。

關(guān)鍵詞：自然循環(huán) ?矩形通道 ?海洋條件

中圖分類號：TL33 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）02（c）-0065-03

自福島事件以來，監(jiān)管部門及社會公眾對核能系統(tǒng)的安全性提出更高的要求。由于不需要外部能源的輸入，自然循環(huán)成為事故條件下保證堆芯安全的重要手段[1]。窄矩形通道換熱面積大，設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，廣泛應(yīng)用在船舶動力系統(tǒng)設(shè)計中。但船舶行駛中受到海洋條件影響產(chǎn)生搖擺等運動，使冷卻劑承受附加力，并周期性波動，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。但國內(nèi)外研究主要集中于圓管內(nèi)自然循環(huán)流動[2-5]，缺少對窄矩形通道的研究[6-9]。本文對海洋條件下窄矩形通道自然循環(huán)流動阻力特性進行了實驗研究。

1 ?實驗系統(tǒng)裝置及參數(shù)

對加熱流動，壁面溫度比流體高，在緊貼壁面的邊界層內(nèi)形成較大的溫度梯度，而粘性降低，從而使通道內(nèi)流體速度分布更加平坦。由圖3可知負向運動過程主要處于熱流密度上升區(qū)域，其壁面與主流流體溫差比正向運動過程大，溫度梯度大，其在近壁面附近速度梯度變得更大，導(dǎo)致壁面附近流體速度曲率減小，因此邊界層內(nèi)流動也更穩(wěn)定，層流化趨勢加強，其轉(zhuǎn)捩雷諾數(shù)Rec較大。

增大振幅、頻率，減小功率均會使Rec減小，即促進轉(zhuǎn)捩。這是因為增大振幅與頻率，搖擺更加劇烈，搖擺引起的擾動更加強烈，使粘性不足以耗散掉擾動，轉(zhuǎn)捩提前發(fā)生。而降低功率相當(dāng)于減小壁面附近流體溫度梯度，增大速度曲率，減弱層流化趨勢。以上因素對正向運動過程影響更顯著。

4 ?結(jié)語

本文以去離子水為工質(zhì)，對搖擺條件下窄矩形通道內(nèi)自然循環(huán)流動阻力特性進行了實驗研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在本實驗范圍內(nèi)。

（1） 搖擺對層流流動特性影響有限，對湍流流動特性影響較大。

（2） 正向運動過程中轉(zhuǎn)捩Re比負向運動過程轉(zhuǎn)捩Re小。增大振幅、頻率，減小功率均會促進轉(zhuǎn)捩，但對正向運動過程影響更顯著。

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