理论教育 联箱加热闭式多通道流动特性分析

联箱加热闭式多通道流动特性分析

时间:2023-06-17 理论教育 版权反馈
【摘要】:图4-46联箱相连的并联通道及第二类边界条件所需要确定的值该边界条件包括总入口质量流量、入口径向压力梯度分布及出口压力水平。对于加热通道的不可压缩流动,需要指定一个参考压力。边界条件的简化与前面讨论过的单通道热膨胀流的边界条件类似。然而,因为热膨胀流的密度与焓有关,某些位置的速度仍然需要求解能量和质量守恒方程。

联箱加热闭式多通道流动特性分析

图4-46给出了压水堆和沸水堆典型的燃料组件通过入口和出口联箱相连通道的情况。该种有N个一维通道的情形可以直接使用压力-压力的第一类边界条件。确定两端压力边界需要预先假设,或者知道两端联箱中的压力分布情况。而第二类到第四类的边界条件需要用联箱中的总质量流量形式来表达,而不是通道中的总流量。因此,对于N条平行通道,需要附加N-1个边界条件(第二类为入口条件,第三类为出口条件,第四类为两边)。该附加边界条件可以是入口压力分布。然而,这样所提供的是N个边界条件而不是N-1个。此外,如果能确定出口联箱的压力分布,这将可以确定所有通道的质量流量。当把这所有流量加起来,可能会与总流量存在差异。因此,指定入口压力将有可能会把这个问题变成超定问题。正确给定附加条件的方法为,在任意的参考压力p*下(该参考压力p*与定义密度所给定的压力不同)确定压力的径向分布。图4-46示出了第二类边界条件所需要的所有条件。因此,对于任意参考压力p*,需要给出N-1个通道的相对压降。

图4-46 联箱相连的并联通道及第二类边界条件所需要确定的值

该边界条件包括总入口质量流量、入口径向压力梯度分布及出口压力水平。如果将第二类边界条件的入口条件和出口条件对换,则变成第三类边界条件。该两类边界条件涉及总的入口质量流量和两个联箱间压降梯度的径向分布。第四类边界条件则需要分别给出径向压力梯度分布和两个联箱的质量流量。

对于加热通道的不可压缩流动(即热膨胀流动),需要指定一个参考压力。边界条件的简化与前面讨论过的单通道热膨胀流的边界条件类似。第一类边界条件简化为指定压差。第二类及第三类边界条件简化为指定入口或出口压力梯度及总质量流量。第四类边界条件则与第二类或第三类边界条件相同。

对于所有边界条件组合,在同一个腔室中可指定各通道间的径向压力梯度。在大多数的情况下,可以认为各通道间的压强梯度为零,即

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及/或

得到各通道的压降相等的结论,即

表4-12总结了加热多通道可压缩流动的问题定义,第四类边界条件在实际工程中不大可能会遇到。加热多通道问题可以通过忽略冷却剂物性与压力和焓的关系来简化,这对于大多数情况下的单相不可压缩冷却剂环境都是适用的。根据连续性的要求,各通道的质量流量之和应该等于总流量,因为假定为常物性问题,动量方程就可以不用耦合能量方程求解。

表4-12 加热多通道在可压缩亚音速流动条件下的问题定义

对于两相流问题,可以类似地忽略密度的变化,这样质量和能量方程也可以部分解耦求解。例如,可以假设两相处于饱和状态,沿通道长度的压力变化不大,这样所有的物性参数都可以根据参考压力来计算。如果能忽略压力传播效应,采用加热不可压缩流动的假设仍然可以得到满意的结果。

然而,因为热膨胀流的密度与焓有关,某些位置的速度仍然需要求解能量和质量守恒方程。如果可以忽略密度与焓的关系,这样守恒方程就可以完全解耦独立求解。该类问题是最为基本的问题,在均相流模型及释热率表达为分析表达式的形式下可以很容易求得分析解。

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