球面强制对流膜态沸腾换热的数值模拟.pdf

+)]+2尚岛辉理鱧加,,%a)+)+)=V)+)+)=‘『籣野球体表面强制对流膜态沸腾换热的数值模拟善一∥‰1)+p+JOILJ袁明豪,杨燕华,李天舒,胡志华核动力工程3Z引言在轻水堆的堆芯熔化事故或快中子增殖堆的堆芯解体事故中,高温难挥发的熔融燃料与低分为以下几个阶段:高温熔融物团块被释放到冷却剂中的破裂阶段、粗混合阶段、高温熔融物液滴的细粒化阶段、压力波传播阶段以及膨胀做功在粗混合阶段,高温熔融物液滴与冷却剂形成一个混合区域,混合区域的状态与范围决定后续爆炸性膨胀的初始条件与可能转换成破坏性机械能的总的热能【。在该阶段,高温熔融物液滴的周围被一层蒸汽膜覆盖,冷却剂液体和熔融物液滴不能直接接触。高温熔融物液滴形状一般保持为球形或近似球形韵录虺聘呶驴帕,且在重力的作用下,在冷却剂液体中向下运动。Bromley12j3Bromley法分析了饱和液体内球体表面的强迫对流膜态沸腾。文献【】对高温金属球在水中快速运动时从膜态沸腾过渡到核态沸腾的过程进行了实验研究。文献【】通过实验得到了膜态沸腾条件下球体的瞬态温度及传热系数,并在此基础上建立了理论分析模型。文献【提出了一个新的计算模7随着直接模拟自由界面的数值方法的发展,将其用于研究球体表面的强制对流膜态沸腾换热,有助于揭示一些在实验中难以观察的现象,并可对理论模型中的各种假设进行计算验证,进而更好地理解这一复杂的流动传热过程。本文使用流体体积法Ⅳ追踪汽液自由界面,开(CFD)对球体表面的强制对流膜态沸腾换热进行数值模拟,并与实验关联式进行了对比。将液体和蒸汽视为不可压缩牛顿流体,计算温易挥发的冷却剂之间相互作用。该相互作用可阶段等。平面中的动量方程为:aar7ILJ"7第卷360258-0926(2008)03-0089-05(VOF)(cFD)VOFTKl24A虾=煌ù笱Ш丝蒲в牍こ萄г骸I虾#2007-03-092008-0202基金项目:国家自然科学基金资助项+d10129NO3
lffav2(lk)l+lk+7)l+扣等杀;南删cr)+q)+cDoa0:甜;:;;5既认凳琖/·;妫界面上的相变潜热y=x+ymskm3kg(ms)NkgNmc)=z+z+z2u!u+yFt=J劝球体表面的发射率;瓦为球体表面的温度,msJ式中,瓦为界面温度,弧胛1ズ臀露龋琄;∽—よ罗饥g=63式中,,为时间,弧啊,为直角坐标速度分量,PPagyXY界面曲率,ǎ焕谖<性诮缑鎠上的狄拉克函数;咒”为界面上的法向矢量在方向的分7UV计算平面中的能量方程为:rKGJ(kgK)Wmso(5)计算平面中的连续性方程为:式中,厂为在两种密度不同的流体界面上发生传s10(1)(2)(5)保持常数,但不同相之间的物理性质不同。为了确定计算区域中某个点属于液相还是气相,引入了一个特征函数谀骋幌嘀腥∥,而在另一相中取为蚣扑闫矫嬷忻枋鰖的运动方程为:椒ㄖ械奶寤荻詈鼵可以被看作特征函数柏勺离散形式。当界面上存在蒸发或凝结时,厂和通过自由mVSV不可压缩性。当存在相变时界面上的能量条件为:式中,铂和口:为界面两侧的热流密度矢量,w(m2s)hig变潜热,痥籉为界面上的辐射热流密度,(6)略了动能和粘性力做功。假定界面温度等于系统压力下的平衡饱和温度:尸。为系统压力,。当球体的温度较高时,需要考虑热辐射的作用。由于蒸汽膜很薄,蒸汽被认为不参于辐