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强内热源多孔介质条通道流动换热实验技术研究

丁铜伟

   球床水冷核反应堆是一种将球形核燃料元件的优点与成熟水冷堆技术有机结合起来的新概念反应堆,具有很高的经济性和安全性。本文在球床水冷堆的背景下,设计了强内热源多孔介质条通道强迫流动换热实验台,进行了相关的实验技术研究,并通过实验研究了功率分布和换热特性。 本实验台以蒸馏水为作为流动介质,流道内填充表面氧化的不锈钢金属球,采用非接触式电磁感应加热方式为金属球提供强大、连续、可控的内热源,是真正意义上的强内热源多孔介质通道强迫流动换热实验台。 由于感应电流的集肤效应,多孔介质内的温度场分布很不均匀,为了预测这种不均匀性,本文通过有限元分析软件中的电——磁——热三场耦合方法,建立了多孔介质模型并模拟了多孔介质在电磁场内绝热、无对流换热情况下的温度场分布情况,通过模拟的结果掌握了实验段内的多孔介质发热情况,分别从电流透入深度与半径的关系、磁场强度、材料性质、结构设计四个方面提出了一些解决这些问题的方法,并改进了实验台设计,并非简单地移植工业上应用的电磁感应加热方式。 根据实验的要求,计算了各种工况下主要设备的参数,依据中华人民共和国机械行业标准JB/T81-94设计了汽——水换热器、水——水换热器、加热器、汽水分离器等设备,并完成了实验系统的总体设计及安装调试。 鉴于强内热源多孔介质通道强迫对流换热情况可视化的要求,本文对实验台进行了可视化及密封装置的设计,在保证实验台原有功能的情况下,增强了实验台的可视化功能,便于进行后续的流型及气泡观测等实验。 通过实验研究,采用分区法进行局部功率计算,拟合了30kW及15kW加载功率下雷诺数与换热系数的关系式。通过实验得知在常压下功率对换热系数没有明显影响,平均换热系数随着Re的升高快速增加,入口效应对换热系数也存在巨大影响。用Fluent软件模拟了多孔介质的流动换热情况,换热系数与实验值相比误差小于8%。……   
[关键词]:强内热源;多孔介质;电磁感应加热;数值模拟;可视化
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:哈尔滨工程大学2010年