泡核沸腾两相CFD模拟的参数敏感性分析与模型验证

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管内过冷流动沸腾CFD模型参数敏感性研究

管内过冷流动沸腾CFD模型参数敏感性研究
尚泽敏;杨立新;袁小菲;刘伟;刘余;蒋汀岚
【期刊名称】《原子能科学技术》
【年(卷),期】2022(56)3
【摘要】采用CFD方法对燃料组件进行过冷流动沸腾数值模拟研究是反应堆热工水力分析的一项重要内容。

本研究使用STAR-CCM+基于欧拉双流体模型结合壁面沸腾模型对管内过冷流动沸腾进行数值模拟,得到了壁面温度、主流温度及空泡份额的分布。

基于实验结果对网格模型、湍流模型、壁面沸腾模型及相间作用力模型的参数设置进行了敏感性分析。

研究结果表明,对于欧拉双流体模型,并非网格量越多结果越准确,加热面第1层网格的高度对结果影响显著。

湍流模型和曳力模型对计算结果影响较小,非曳力中的湍流耗散力及升力对结果影响较大。

Li Quan或Hibiki-Ishii汽化核心密度模型与Kocamustafaogullari气泡脱离直径模型组合对壁面温度及空泡份额的计算较准确。

本研究可为反应堆燃料组件内过冷流动沸腾数值模拟提供参考依据。

【总页数】10页(P457-466)
【作者】尚泽敏;杨立新;袁小菲;刘伟;刘余;蒋汀岚
【作者单位】北京交通大学机械与电子控制工程学院;中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TL33
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5.受热管内流动过冷沸腾的研究
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低压下水欠热流动沸腾的两相CFD数值模拟研究

关键词：热流动沸腾；流体模型；欠两多相流
中图分类号：２ＴＩ４６文献标志码：Ａ文章编号：００６３（０１０ — ４２Ｏ１０ —９１２ｌ）４０１一０
ＣＦＤｎｅｔｇｔｏｆＳｂｏｌｄＦｌｗｉｉｇＭｏｅＩｖｓｉａｉｎｏｕｃｏｅｏＢｏｌｎｄｌ
２ＳｈｏｆＮｕｌａｃｅｃｎｃｎｌｇ．ｃｏｌｃｅｒＳｉｎｅａｄＴｅｈｏｏｙ，ＸｉａｉｏｏｇＵｎｖｒｉｏ ’ ｎＪａｔｎｉｅｓｔｙ，Ｘｉａ１０９，Ｃｎ ’ｎ７０４ｈｉａ）
ＡｂｔａｔＴｗｏｆｕｄｍｏｅｎｔｇａｉｅｆｃｏｕｅｒｌｔｏｎｈｐｓ（ｕｃｓｉｔｒｐｓｓｒｃ：ｌｉｄｌｉｅｒｔｎｇａｓｔｏｌｓｒｅａｉｓｉｓｈａｎｅ — ｈａｅｈｅｔｔａｆｒｍｏｌｎｅ — ａｅａｒｎｓｅｄｅ。ｉｔｒｐｈｓｍａｓｔａｓｅｏｅ。ｉｅ — ｈａｅｍｏｎｕｍｒｎｓｅｓｒｎｆｒｍｄｌｎｔｒｐｓｍｅｔｔａｆｒｍｏｅ，ｍｅｎｂｂｌａｅｅｄｅ，ｂｄｌａｕｂｅｄｉｍｔｒｍｏｌｕｂｂｅｄｐｒｕｒａｅｅｌｅａｔｅｄｉｍｔｒｍｏｄｌｅ，ｂｕｌｅｒｂｂｅｄｐａ —
模型、泡平均直径模型、泡脱离直径模型、泡成核模型、泡脱离频率模型、热沸腾起始点模型汽汽汽汽欠

水平管内气液两相流流型数值模拟与实验研究

水平管内气液两相流流型数值模拟与实验研究水平管内气液两相流流型数值模拟与实验研究一、引言随着工业技术的发展，气液两相流在许多工业领域中都有着广泛的应用。

对气液两相流的流型进行研究可以帮助我们了解气液两相流在不同工况下的行为规律，并为工业生产提供参考依据。

本文通过数值模拟和实验研究的方法，对水平管内气液两相流的流型进行探究，旨在揭示其内在机理并提供实际应用上的指导。

二、气液两相流流型气液两相流的流型可以根据界面形态、相对速度和尺度等不同特征进行分类。

在水平管内，常见的气液两相流流型包括气泡流、毛细液膜流、层流、湍流等。

1. 气泡流气泡流是指气泡连续相沿管道轴向方向流动的流型。

气泡流的流动规律复杂，气泡的生成、增长、移动和破裂等现象会对系统产生重要影响。

2. 毛细液膜流毛细液膜流是指液滴连续相沿管道轴向方向流动的流型。

毛细液膜流具有较高的液滴保持率和较低的液滴速度，可应用于化工领域中逆流萃取、反应器和蒸馏器等设备的设计。

3. 层流层流是指气液两相在管内形成整齐分层的流动方式。

层流具有较低的气液摩擦，较小的波动和均匀的分布特点，适用于气体和液体之间传质和反应等过程。

4. 湍流湍流是指气液两相之间发生剧烈的随机运动，界面不规则、相对速度梯度大的流动现象。

湍流带来的剧烈的涡流运动能够增强传热、传质和混合效果，但同时也带来了较大的能耗和压降。

三、数值模拟方法1. 基本原理数值模拟方法一般采用基于流体动力学（CFD）的欧拉方法，通过对流体连续方程、动量方程和能量方程的离散，求解气液两相流的速度、压力和温度等物理量。

2. 模型设定通过建立水平管道的几何模型和气液两相流的初始条件，设定不同的流量、压力、温度等工况参数，以模拟实际工程中的不同场景。

3. 数值算法常见的数值算法包括有限体积法、有限元法和边界元法等。

通过基于时间和空间的离散化方法，将连续方程转化为离散方程，进而通过迭代求解得到数值解。

四、实验研究方法1. 实验设置通过在水平管内进行气液两相流实验，观察和记录不同流型的现象和特征，以定量分析其行为规律。

CFD过冷沸腾模型及在燃料组件热通道模拟中的应用

维普资讯
２００６正
国
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核
动
力
第３期
ＣＦ过冷沸腾模型及在燃料组件Ｄ热通道模拟中的应用
ＥｋａｄＫｒｐｅＹｕｙＥｇｒｖｃｈｒｅｐｒ，ｒｏｏ２
（．ＺＲｓｅｄｒ１Ｆｏｓｎｏｆ￣全研究所；２ＡＹ）．ＮＳＳ
离壁面，临界尺寸取决于表面张力及周围流体的状态。热量从壁面的散发通常描述为液相的紊流对流、气泡脱离的瞬态热传导和蒸发作用等几种方式。壁面热通量在这些传热
机制间的分配（壁面传热量分配）可以用各相应的传热机理模型分别计算，涉及参数有成核点密度、气泡脱离尺寸、气泡脱离频率，以及在同一成核点处生成下一个气泡的等待时间（机械模型方法）。
以及热容ＣＬ为饱和值，同时求解器也支持常规的与温度和压力有关系的函数。ｐ和ｃＧ在所有结构模型关系式中，壁面与流体的温度值都用壁面过热度。Ｔ．和液体＝ｗ欠热度１咒的相对形式。此处，是局部壁温，是定义欠热度大小的流体特ｂ．＝征温度，如以下讨论，它被用来度量壁面的局部沸腾现象。在内部流动中，受控值为加热强度，也就是壁面热通量。给定外部热通量作用于加热壁面，使液相从低过冷直到略微超过饱和温度（显热），同时产生气泡（潜热）。显热通常被模拟为通过紊流对流和由周期性脱离壁面的气泡产生的附加流体搅混而传递的，后者就是汽液置换项，代表通过新鲜流体填充因气泡脱离而在壁面产生的空隙所造成的瞬态热传导的作用。汽液置换热通量对受气泡影响的壁面面积分数的作用是显著的，而对流热通量在其余的壁面部分，ＦｌＦ４＝２ｌ＝中占优势。称为热量分配的壁面热平衡常写成三

C形管池沸腾两相流流场模拟与流固耦合分析

化工进展Chemical Industry and Engineering Progress2023 年第 42 卷第 S1 期C 形管池沸腾两相流流场模拟与流固耦合分析徐若思1，2，谭蔚1，2（1 天津大学化工学院，天津 300350；2 天津大学浙江研究院，浙江宁波 315000）摘要：热交换器作为化工和核电中重要的换能设备，管束的流致振动（FIV ）成为诱发管束破裂的重要因素，其安全可靠性变得尤为重要。

本文为研究非能动余热排出热交换器（PRHR HX ）运行工况下C 形管的流致振动响应，将壳侧的换料水箱（IRWST ）和C 形管进行了简化，开展了流场和振动响应的数值模拟计算。

结果表明，温度场中自然对流和强迫对流交汇引发的速度断层，由于流速的损失，气泡无法被冲刷，合并包裹管壁热性能下降，产生过渡沸腾，这种沸腾降低了热通量产生热分层的现象。

水箱可以分气液两相热流区、单相热流区和冷流区为3个区域。

其中气液两相热流区存在高湍动能，空泡率达到50%，这使得蒸汽快速生长和坍塌提供扰动的动力，并且C 形管结构阻尼比有所降低，在远离固支端的上弯管处成为诱发振动最大的区域。

根据C 形管的振动结果，在上弯管处C 形管受气液两相热流冲击时振动最为剧烈，方向为C 形管面内方向，在PRHR HX 中该位置管束容易与支撑和防振组件发生磨损，存在管束破裂的潜在危险。

关键词：C 形管；池沸腾；两相流流场模拟；流固耦合中图分类号：TQ053 文献标志码：A 文章编号：1000-6613（2023）S1-0047-09Flow field simulation and fluid-structure coupling analysis of C-tubepool boiling two-phase flow modelXU Ruosi 1，2，TAN Wei 1，2(1 School of Chemical Engineering and Technology, Tianjin University, Tianjin 300350, China; 2 Zhejiang Institute ofTianjin University, Ningbo 315000, Zhejiang, China)Abstract: As a heat exchanger is an important energy transfer equipment in chemical and nuclear power, the fluid induced vibration (FIV) of the tube bundle becomes an important factor to induce the tube bundle rupture. So the safety and reliability of the tube bundle becomes especially important. In order to study the flow induced vibration response of C-tube in the passive residual heat removal heat exchanger (PRHR HX), the in-containment refueling water storage tank (IRWST) and C-tube were simplified, and the numerical simulation of the flow field and vibration response were carried out. Simulation results showed that the intersection of natural and forced convection in the temperature field caused by the velocity disruption, due to the loss of flow velocity, vapor bubbles can not be flushed, combined and wrapped with tube, resulting in transition boiling, the boiling reduces the heat flux to produce the phenomenon of thermal stratification. According to the fluid flow characteristics, the flow field can be divided into three regions:gas-liquid two-phase hot flow region, hot flow region, cold flow region. Among them, there was high turbulence energy in the gas-liquid two-phase hot flow region, and the steam volume研究开发DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2023-0378收稿日期：2023-03-13；修改稿日期：2023-05-08。

大气环境模拟模型中参数敏感性分析

大气环境模拟模型中参数敏感性分析大气环境模拟模型是一种重要的工具，用于研究和预测大气环境的变化和污染传输。

在模型中，参数敏感性分析是一项关键任务，它帮助我们理解不同参数对模型输出的影响程度，从而提高模型的可靠性和准确性。

在大气环境模拟模型中，有许多参数可以影响模型的输出结果，如排放量、气象条件、化学反应速率等。

参数敏感性分析旨在确定哪些参数对模型输出的影响最为显著，以便我们可以更加关注和精确地估计这些参数的值。

一种常用的参数敏感性分析方法是全局敏感性分析，其中一个常用的指标是Sobol指数。

Sobol指数可以分解总体方差，以识别不同参数的相对重要性。

通过计算每个参数的Sobol指数，我们可以确定哪些参数对输出的变化贡献最大。

除了全局敏感性分析外，还存在局部敏感性分析方法。

局部敏感性分析关注的是单个或少数几个参数的影响，通常通过改变参数的值，并观察输出的变化来进行分析。

这种方法更适合在特定条件下研究参数的影响。

在进行参数敏感性分析时，我们还需要考虑参数的不确定性。

参数的不确定性可能来自于测量误差、模型不确定性以及对参数值的估计误差。

通过引入参数的概率分布，我们可以量化不确定性，并将其考虑在敏感性分析中。

这有助于提供更准确的分析结果，从而增强模型的可靠性。

除了参数本身的敏感性，模型结构、输入数据的准确性和代表性也会对模型结果产生影响。

因此，参数敏感性分析应该与其他不确定性分析方法结合使用，如模型结构敏感性分析、输入数据敏感性分析等，以全面评估模型的可靠性和稳定性。

同时，参数敏感性分析可以帮助我们识别哪些参数值的不确定性对于模型输出的预测具有重要影响。

这有助于指导我们在数据收集和模型改进方面的工作。

例如，如果我们发现某个参数的值对模型输出结果具有极大的敏感性，那么我们可以优先考虑采集更准确、更可靠的数据来确定该参数的值。

最后，值得注意的是，参数敏感性分析并不是一项单次任务，它应该作为模型开发和应用过程中的持续工作。

棒束通道沸腾传热与两相流动CFD分析及应用

国内研究现状
近年来，国内学者在棒束通道沸腾传热与两相流动方面取得了一系列研究成果，涉及实验研究、数值模拟和理论分析等多个方面。
国外研究现状
相比之下，国外的研究起步较早，积累了丰富的实验数据和理论模型。国外的学者在棒束通道沸腾传热与两相流动的机理、模型建立和数值模拟等方面进行了深入研究。
发展趋势
随着计算能力的提升和数值模拟技术的发展，未来对于棒束通道沸腾传热与两相流动的研究将更加精细化，涉及更多的影响因素和复杂工况。同时，跨学科的研究方法将有助于更深入地揭示这一现象的本质。
08
结论与展望
研究成果总结
01
成功建立了棒束通道沸腾传热与两相流动的CFD模型，为进一步研究提供了有效工具。
02
通过模拟分析，揭示了棒束通道内沸腾传热与两相流动的内在机制和规律。
03
对比实验数据，验证了模型的准确性和可靠性，为实际应用提供了有力支持。
04
探讨了不同工况和操作参数对棒束通道内沸腾传热与两相流动的影响，为优化设计提供了依据。
相互作用分析
通过模拟和分析，研究两相流对沸腾传热的影响，以及沸腾传热对两相流流动特性的影响，为优化棒束通道的传热性能提供理论依据。
07
应用案例分析
工业应用背景介绍
01
棒束通道在工业中广泛应用于核能、化学反应、热能回收等领域，其沸腾传热与两相流动特性对工业过程具有重要影响。
02
针对棒束通道的沸腾传热与两相流动特性进行CFD分析，有助于优化工业设备的性能，提高能源利用效率和安全性。
04
CFD分析方法与软件介绍
CFD基本原理
计算流体动力学（CFD）
01
通过数值方法模拟流体流动、传热和化学反应等物理现象的学

沸腾两相自然循环系统动态不稳定性的数值分析

第36卷第1期原子能科学技术Vol.36,No.1　2002年1月Atomic Energy Science and TechnologyJan.2002沸腾两相自然循环系统动态不稳定性的数值分析姚　伟,匡　波,杨燕华,徐济均金(上海交通大学动力与能源工程学院,上海　200030)摘要:在先进核反应堆中,为克服沸腾两相自然循环系统沸腾起始点和干涸点等突变点处的数值稳定性问题,本工作在EICE 算法(extended implicit continuous 2fluid eulerian method )基础上发展了数值仿真算法AEICE ,对可能存在的两相自然循环系统的动态稳定性进行了分析。

分析结果表明:增大系统压力和增加入口欠热度均将增大两相自然循环系统的稳定区域。

经比较,计算结果与实验数据符合较好。

关键词:流动稳定性;两相自然循环;数值仿真中图分类号:T K124;O359 文献标识码:A 文章编号:100026931(2002)0120062205Numerical Analysis of Dynamic Instabilityof Boiling Two 2phase N atural Circulation SystemYAO Wei ,KUAN G Bo ,YAN G Yan 2hua ,XU Ji 2jun(School of Power and Energy Engineering ,S hanghai Jiaotong U niversity ,S hanghai 200030,China )Abstract :To avoid the numerical instability problems at the discontinuous points at ONB (onset of boiling )and dry 2out ,the AEICE numerical algorithm ,which is based on the EICE (extended implicit continuous 2fluid eulerian method ),is developed.Furthermore ,the AEICE is used to analyze the thermo 2hydrodynamic instabilities of boiling two 2phase natural circulation system ,which may exist in the advanced nuclear reactors.It shows that increa 2sing system pressure or inlet subcooling can enlarge the system stability region.The numeri 2cal results correspond well with the experimental data.K ey w ords :flow instability ;natural circulation ;numerical simulation收稿日期:2000211206;修回日期:2000212231基金项目:国家自然科学基金资助项目(59776042)作者简介:姚　伟(1972—),男,安徽宿州人,在读博士研究生,工程热物理专业目前,具有非能动固有安全性的先进反应堆的设计广泛采用自然循环系统。

过冷沸腾自然对流两相cfd模拟及应用

㊀第５４卷第１期原子能科学技术V o l ．５４,N o ．１㊀２０２０年１月A t o m i cE n e r g y S c i e n c e a n dT e c h n o l o g yJ a n ．２０２０过冷沸腾自然对流两相C F D 模拟及应用李松蔚１,R i c c a r d oP U R A G L I E S I２,杨㊀帆１,余红星１,沈才芬１(１．中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室,四川成都㊀６１０２１３;２．P a u l S c h e r r e r I n s t i t u t e ,V i l l i ge n ㊀５２３２,S w i t z e r l a n d )摘要:采用计算流体力学(C F D )方法,开展过冷沸腾自然对流两相模拟与应用研究.对侧壁加热圆柱水箱过冷沸腾自然对流实验采用两相C F D 瞬态模拟,模拟时间为１５００s,通过模型设置与模拟方法研究,再现了过冷沸腾发生后实验的温度阶跃,得到与实验较一致的温度分布㊁气泡产生时间与产生位置,确保了数值计算的合理性与准确性.在此基础上,对以欧洲E S B WR (经济简化沸水堆)非能动安全壳冷却系统(P C C S )为原型的I S P Ｇ４２实验进行了两相C F D 模拟,获得与实验一致的温度分布,确定采用两相C F D 数值模拟对非能动安全壳冷却系统及非能动余热排出系统进行应用研究可行,为下一步计算传热系数㊁构建自然对流传热模型建立了良好基础.该项研究对工程应用中探寻非能动安全壳冷却系统及非能动余热排出系统的两相自然循环传热特性具有较大价值.关键词:两相C F D ;过冷沸腾;自然对流;非能动安全壳冷却系统中图分类号:T L ３３㊀㊀㊀文献标志码:A㊀㊀㊀文章编号:１０００Ｇ６９３１(２０２０)０１Ｇ００５９Ｇ０７收稿日期:２０１９Ｇ０１Ｇ０９;修回日期:２０１９Ｇ０４Ｇ０８基金项目:国际原子能机构资助项目(C P R １２０５０)作者简介:李松蔚(１９８５ ),女,四川资阳人,高级工程师,博士,核科学与核技术专业网络出版时间:２０１９Ｇ０７Ｇ０５;网络出版地址:h t t p:ʊk n s ．c n k i ．n e t /k c m s /d e t a i l /１１．２０４４．T L ．２０１９０７０４．１６０６．００２．h t m l d o i :１０．７５３８/y z k ．２０１９．yo u x i a n ．００１５S i m u l a t i o na n dA p p l i c a t i o no f S u b c o o l e dB o i l i n gN a t u r a l C o n v e c t i o nT w o Ｇph a s eC F D L I S o n g w e i １,R i c c a r d oP U R A G L I E S I ２,Y A N GF a n １,Y U H o n g x i n g １,S H E N C a i f e n １(１．S c i e n c e a n dT e c h n o l o g y o nR e a c t o rS y s t e m D e s i g nT e c h n o l o g y L a b o r a t o r y ,N u c l e a rP o w e r I n s t i t u t e o f C h i n a ,C h e n g d u ６１０２１３,C h i n a ;２．P a u l S c h e r r e r I n s t i t u t e ,V i l l i ge n ５２３２,S w i t z e r l a n d )A b s t r a c t :㊀B a s e do n c o m p u t a t i o n a lf l u i dd y n a m i c s (C F D )m e t h o d ,t w o Ｇph a s e s i m u l a t i o n a n da p p l i c a t i o n r e s e a r c h o f s u b c o o l e d b o i l i n g na t u r a l c o n v e c t i o nw a s c a r r i e d o u t ．N a t u r a l c o n v e c t i o ne x p e r i m e n to f t h es i d e w a l lh e a t i n g c y l i n d r i c a l t a n ks ubc o o l e db o i l i n g wa s s i m u l a t e db y t w o Ｇp h a s e C F D t r a n s i e n ts i m u l a t i o n ,a n dt h et i m ef o rs i m u l a t i o n w a s １５００s ．B y m o d e l s e t t i n g a n d s i m u l a t i o nm e t h o d r e s e a rc h ,t h e r e s u l t r e p e a t ed t he t e m Ｇp e r a t u r e j u m p r e a s o n a b l y w h e ns u b c o o l e db o i l i n g o c c u r r e d i ne x pe r i m e n t ．T h e c o n s i s t Ｇe n t t e m p e r a t u r e d i s t r i b u t i o n ,b u b b l e a p p e a r e d t i m e a n da p pe a r e d p o s i t i o nw i t h t h o s eof e x p e r i m e n tw e r eg o t ,whi c h c o n f i r m e d t h e n u m e r i c a l c a l c u l a t i o n c r e d i t a b i l i t y an d a c c u r a Ｇc y ．T h e n ,t w o Ｇp h a s eC F Ds i m u l a t i o nw a s u s e d i n I S P Ｇ４２e x pe r i m e n t b a s e do nE S B WR(E c o n o m i cS i m p l i f i e dB o i l i n g W a t e rR e a c t o r)p a s s i v e r e s i d u a l h e a t r e m o v a l s y s t e m,a n d t h e s a m e t e m p e r a t u r e d i s t r i b u t i o nw i t h t h a t o f e x p e r i m e n tw a s g o t．T h e r e s e a r c h r e s u l t s s h o wt h a t u s i n g t w oＧp h a s eC F Ds i m u l a t i o no n p a s s i v ec o n t a i n m e n t c o o l i n g s y s t e ma n d p a s s i v e r e s i d u a lh e a t r e m o v a l s y s t e m a p p l i c a t i o nr e s e a r c hi sr e a s o n a b l e,a n di tc a nb e u s e d t oc a l c u l a t eh e a t t r a n s f e rc o e f f i c i e n ta n dd e v e l o p n e w h e a t t r a n s f e r m o d e l i nt h e f u t u r e．T h i sr e s e a r c h m a k e ss i g n i f i c a n tv a l u ei ni n d u s t r y a p p l i c a t i o ns e a r c ho nt w oＧp h a s e n a t u r a l c i r c u l a t i o nh e a t t r a n s f e r c h a r a c t e r i s t i c o f p a s s i v e c o n t a i n m e n t c o o l i n g s y sＧt e ma n d p a s s i v e r e s i d u a l h e a t r e m o v a l s y s t e m．K e y w o r d s:t w oＧp h a s eC F D;s u b c o o l e d b o i l i n g;n a t u r a l c o n v e c t i o n;p a s s i v e c o n t a i n m e n t c o o l i n g s y s t e m㊀㊀非能动安全系统有助于简化核电站设计及潜在提高其经济性与安全性.然而,考虑到基于自然循环的弱驱动力,必须采用细致的设计和分析来确保系统执行其预期功能.为此,２００４２００８年,国际原子能机构开展了关于非能动系统的自然循环现象,建模和可靠性的合作研究项目(C R P),O E C D/N E A的文件[１Ｇ２]中对事故期间非能动系统可能发生的大量热工水力现象进行了归类.大水池中水的行为是关注重点之一,包括温度分层㊁自然/强迫对流及循环㊁蒸汽冷凝㊁上界面传热传质等.实验重点研究温度分层过程及其对传热能力的影响[３],包括在瑞士保罗谢尔研究所(P S I)P A N D A台架上开展的以E S B W R (经济简化沸水堆)为原型的旨在为系统程序及C F D程序验证提供基准的I S PＧ４２实验[４Ｇ５]㊁德国于利希研究中心(F ZJül i c h)N O K O台架上开展的冷凝器带热能力综合实验[６Ｇ７]㊁德国亥姆霍兹德勒斯登罗森多夫研究中心(F Z D R) T O P F L OW台架上开展的可获得二次侧三维传热特性的倾斜管冷凝实验[８]㊁美国普渡大学P UMA台架上开展的研究直接接触冷凝及热分层实验[９]等.此外德国F Z D R还开展了侧壁加热圆柱水箱实验[１０],通过热电偶及探针测得桶中水的局部温度及空泡份额.由于水池体积较大,局部区域的传热并不意味着池中温度均匀,三维对流影响传热过程,导致温度分层,根据需要可能需采用计算流体力学(C F D)方法.目前计算仍以系统程序为主,采用C F D的计算较少,K r e p p e r[１１]针对N O K O台架实验进行了单相C F D模拟,针对T O P F L OW的两相实验进行了两相C F D模拟[１２],获得两维流场和温场,但未与实验数据进行比较.而I S PＧ４２实验虽适用于C F D计算验证,但基准题计算提交均为系统程序计算结果,并未提交C F D模拟结果[５].实验测量数据用于T R A C E及G O T H I C程序模拟对比,研究结果发现,水池侧的传热计算与实验有显著差异[１３],这是因为T R A C E是一维集总参数系统程序,且并非基于池式沸腾开发,而G O T H I C 程序具有三维计算能力,但采用非常粗的计算网格,对局部沸腾特性模拟能力有限.因此,采用两相C F D进行模拟比较显得尤为必要.本文基于S T A RＧC C M＋软件,采用两相泡状流及壁面沸腾模型,构建过冷沸腾自然对流两相模拟方法,结合侧壁加热圆柱水箱实验数据对过冷沸腾自然对流进行研究,完成过冷沸腾自然对流两相C F D模拟,应用于I S PＧ４２实验自然循环瞬态模拟研究.１㊀过冷沸腾自然对流两相C F D模拟１１㊀侧壁加热圆柱水箱实验为构建适用的过冷沸腾自然对流两相模拟方法,首先采用德国F Z D R实验室的圆柱形水箱过冷沸腾自然对流实验[１０,１４]进行两相C F D 模拟研究与验证.实验在常压下进行,实验装置为一圆柱形水箱,直径０２５m,高０２５m,水位高０２１m.壁面均匀加热.实验中采用热电偶及电导探针测量局部温度及空泡份额,图１为水箱及温度㊁空泡份额测量位置示意图,通过测量壁面温度,可计算得到实际由壁面到水的随时间变化的加热功率曲线[１４].实验持续时间为１５００s,数百s后,出现明显的温度分层,１１００s后,空泡探针探测到气泡０６原子能科学技术㊀㊀第５４卷产生,在整个实验过程中,水箱中心未监测到气泡产生.图１㊀温度及空泡份额测量位置F i g ．１㊀L o c a t i o n s o f t e m pe r a t u r e a n d v o l u m ef r a c t i o nm e a s u r e m e n t s１２㊀几何建模与网格划分模拟采用两维轴对称几何建模.几何建模高０２１m ,半径０１２５m .采用结构化网格进行划分,并对加热壁面(右侧)进行网格加密.为避免网格相关性,进行了多种网格划分(表１).图２示出４种网格方案计算所得的速度,选取t ＝１０００s ㊁轴向高度０１m 处进行径向方向速度对比.图中x 轴０１２５m 表示靠近加热壁面这一侧,而００m 表示靠近圆柱水箱中心轴这一侧.由于仅在近壁面处速度较明显,因此图中仅展示了x ＝０１１０~０１２５m 这一区域.由图可知,A 方案和B 方案计算结果重合,因此选取网格划分方案B 可满足网格敏感性要求.图２中计算采用的网格划分轴向节点数８０,径向节点数４５.其中第１层网格为２７ˑ１０－４m ,y ＋为３,这是为了能成功捕捉相变过程及获取更精细的速度场.表１㊀网格划分方案T a b l e １㊀M e s h s e t t i n g ca s e 网格方案径向节点数近壁面第１层网格尺寸/m y ＋A ６０１３ˑ１０－４１B ４５２７ˑ１０－４３C ３２５０ˑ１０－４５D２１２５ˑ１０－３１２图２㊀不同网格方案近壁面液相速度计算结果F i g ．２㊀C a l c u l a t e d l i q u i dv e l o c i t y i nn e a rw a l l r e gi o n f o r d i f f e r e n tm e s hs e t t i n g ca s e s １３㊀数值模型与不确定性分析两相C F D 过冷沸腾自然循环是瞬态计算,模拟求解基于S T A R ＧC C M＋的欧拉Ｇ欧拉法[１５].壁面沸腾求解基于K u r u l 与P o d o w s k i [１６]提出的壁面热流分配(R P I )模型,在该模型中,来自壁面的给定热通量被分为单相传热㊁基于成核点和淬火建立的气泡生长蒸发传热㊁气泡成长到一定大小离开壁面时由水代替原来气泡占据位置所带来的传热影响.模型计算了每部分的热通量和壁温.为模拟主流区的两相流,液相采用了可实现的k Ｇε双层湍流模型,双层全y ＋壁面处理.曳力采用标准阻力系数的S c h i l l e r ＧN a u m a n n 关系式,该模型适用于球形固体颗粒㊁液滴和小直径(球形)气泡.未来将考虑升力和湍流分散力.采用R a n z 和M a r s h a l l 模型考虑相间传热传质.该模型认为液体温度低于饱和温度则冷凝,液体温度高于饱和温度则蒸发.蒸汽气泡直径设置为单分散尺寸分布,它们在流动区域中的某个位置处的直径,线性依赖于该位置处的液体温度.这种简化处理可能会影响相间界面面积,并因此影响冷凝速率.由于初始水为静止状态,而此后过冷沸腾产生气泡会逸出或冷凝,因此几何建模左侧设置为轴向对称边界条件,右侧设置为加热壁面,底部为壁面无滑移.水箱上表面设置为气相渗透,该边界条件是使用无滑移壁面及气相渗透壁面对气体逸出表面进行建模,可与自由出口１６第１期㊀㊀李松蔚等:过冷沸腾自然对流两相C F D 模拟及应用或压力出口边界条件共同使用.S T A R ＧC C M＋自动计算通过气相渗透边界的气体质量流量(逸气率).采用该边界条件,允许气相自由逸出,但不允许液相逸出,考虑到此时处于过冷沸腾状态,水箱中心液体温度仍低于饱和温度,逸出的蒸汽较少,不足以降低自由液面,计算未考虑自由液面高度降低.自然对流由流体密度不同所驱动,液相须考虑随温度变化导致的密度变化以及浮力作用,因此水物性(密度㊁比定压热容㊁动力黏度㊁热传导率)采用随温度变化的函数,气相密度采用随当地压力变化的函数,浮力采用B o u s s Ｇi n e s q 浮力模型.由于在低压情况下由压降引起的饱和温度下降较明显,水箱内不同高度压力不同,因此饱和温度被设置为与压力相关的函数.参考压力设置为０１M P a.计算主要关注温度变化,针对与此相关的过冷沸腾模型中的气泡脱离直径进行了敏感性分析,计算对比了模型默认气泡脱离直径㊁２倍模型默认气泡脱离直径及１/２倍模型默认气泡脱离直径,温度计算结果无明显改变,后继计算模型参数均采用默认值.从模型研发上来说,采用C F D 计算自然循环需考虑对高雷诺数流动可能超出B o u s s i n e s q 近似的有效范围;雷诺应力和雷诺通量均基于各向同性开发,而自然循环重力起重要作用,需考虑各向异性[３].计算未出现高雷诺数流动情形,同时已考虑重力影响,模型适用于当前研究情形.１４㊀计算结果与分析１)两相C F D 模拟结果图３示出了两相C F D 计算不同时刻的水温云图与液相速度场.两相C F D 模拟可成功再现实验中由于气泡产生流动加速所导致的第１次温度阶跃(８００~１２００s),以及由于水箱整体水温达到饱和出现的第２次阶跃(约１３００s ).模拟展示出随时间的推移,沸腾在加热面水箱上表面出现,由于水箱上部蒸汽产生的影响,自然循环显著,温度分布相同;而下部由于还是单相,仍保持稳定的热分层状态.随时间的推移,温度分布相同的区域和热分层的区域水平界线将逐渐向下推移.两相C F D 模拟展示了沸腾出现后水箱中显著的自然循环,如采用单相C F D 模拟,由于不考虑相变,无法正确模拟过冷沸腾出现后的温度特性,水箱中不会出现类似自然循环结果,仅在加热面水箱上表面流动较显著.２)不同C F D 软件计算对比将本文S T A R ＧC C M＋软件计算结果与文献[１４]中采用C F X 软件计算结果进行对比.图４示出了C F X 软件和S T A R ＧC C M＋软件典型位置计算温度与实验测量温度随时间的变化对比.从图４可见,C F X 对水箱上表面的计算更准确,但对水箱下部的计算误差较大,出现温度第１次阶跃后,C F X 的预测值较实验值偏低.S T A R ＧC C M＋对水箱上表面温度计算过高的原因是在S T A R ＧC C M＋中沸腾模型与壁面滑移无法同时使用,因此计算的水箱上表面速度非常小,这使得温度交混很弱,导致温度被高估.而在实验中,由于水箱上表面为自由表面,设置为可滑移边界条件是更符合实际的.该问题可通过未来S T A R ＧC C M＋中在边界构造特殊的速度函数解决.两种软件均具有自然对流过冷沸腾两相模拟能力,S T A R ＧC C M＋除水箱上表面温度计算过高外,其余部分温度模拟均比较准确,因此可采用S T A R ＧC C M＋进行下一步研究.图３㊀两相C F D 计算水温云图与液相速度场F i g ．３㊀T w o Ｇp h a s eC F Dc a l c u l a t i o n t e m p e r a t u r e a n d l i q u i dv e l o c i t y fi e l d s ２６原子能科学技术㊀㊀第５４卷图４㊀不同位置计算及测量温度随时间的变化F i g．４㊀C a l c u l a t i o na n de x p e r i m e n t t e m p e r a t u r e s o f d i f f e r e n t l o c a t i o n s v s t i m e㊀㊀３)实验验证用S T A RＧC C M＋对实验进行模拟验证.图５示出了水箱近壁面测量位置计算的温度与实验测量温度随时间变化的对比.从图５可知,计算和实验结果符合良好,合理再现了实验中的两次温度阶跃.图６示出了计算空泡份额与实验空泡份额随时间变化的比较结果.空泡份额上升趋势及出现位置㊁出现时间均与实验符合较好.刚出现两相时,仅在接近上表面的加热壁面附近出现气泡,随时间的推移,蒸汽存在区域由壁面向中心迁移.由于实验中空泡探针探头直径为１m m,无法探测１５m m直径以下的气泡,因此计算空泡份额较实验空泡份额高是合理的.图５㊀各测量位置计算水温与实验水温的对比F i g．５㊀C o m p a r i s o no f c a l c u l a t i o na n de x p e r i m e n tw a t e r t e m p e r a t u r e s a t d i f f e r e n tm e a s u r e m e n t l o c a t i o ns图６㊀各测量位置计算空泡份额与实验空泡份额的对比F i g．６㊀C o m p a r i s o no f c a l c u l a t i o na n de x p e r i m e n t v o i d f r a c t i o n s a t d i f f e r e n tm e a s u r e m e n t l o c a t i o n s３６第１期㊀㊀李松蔚等:过冷沸腾自然对流两相C F D模拟及应用㊀㊀通过对圆柱形水箱两相自然对流实验进行两相C F D 数值模拟计算,完成了网格敏感性分析㊁时间步长选择㊁模型选择,并利用实验数据对数值计算结果进行了验证和评价,数值计算结果与实验数据在温度㊁空泡出现时间㊁出现位置上均符合较好,该套计算方法可用于非能动安全壳冷却系统(P C C S)计算.２㊀I S P Ｇ４２实验模拟应用在P A N D A 台架上开展的I S P Ｇ４２实验原型为E S B WR 非能动安全壳冷却系统.实验包括６个阶段(A~F ),代表一系列操作模式或过程,每个阶段实际上是１个独立的实验,具有自己的初始条件和边界条件.模拟所关注的是B阶段,由于蒸汽进入管道而导致的P C C S 水箱传热沸腾.装置(图７)为高５m 的水箱,中间有２０根通蒸汽的管道,水箱通过自然循环带走管道的热量.两相模拟主要关注３０００~３５００s时间段.在这个时间段,流体温度上升,壁面已有气泡产生,但主流仍无气泡存在[５].图７㊀实验装置流体温度测量位置F i g ．７㊀L i q u i d t e m pe r a t u r em e a s u r e m e n t l o c a t i o n of e x p e r i m e n t f a c i l i t y计算采用二维几何建模,建模选择中间剖面.图８示出了实验中不同监测点水温随时间的变化与计算结果的对比,计算与实验结果符合较好,可较好跟随流体温度变化.再次证明了该两相模拟方法的适用性.蒸汽的产生加速了水的流动,单相时自然对流不强,而两相的出现加强了自然对流.图８㊀测量点计算与实验水温随时间的变化F i g ．８㊀C a l c u l a t i o na n de x p e r i m e n tw a t e r t e m pe r a t u r e s a tm e a s u r e d p o i n t v s t i m e３㊀结论通过模拟侧壁加热圆柱形水箱过冷沸腾自然循环实验,成功构建了两相C F D 模拟方法,实现了过冷沸腾自然对流瞬态模拟.１)两相C F D 模拟可获得与实验较一致的温度分布㊁气泡产生时间与产生位置.可正确模拟沸腾出现后的温度阶跃,以及水箱内显著的自然循环,单相C F D 无法模拟该现象.两相C F D 计算结果能合理解释实验现象的发生,证实了在过冷沸腾自然对流上进行数值计算的合理性与准确性.２)采用相同的两相C F D 模拟对P A N D A 台架上I S P Ｇ４２实验进行模拟(基于欧洲E S B W RP C C S 原型),可获得与实验较一致的温度分布,再次验证了该模拟方法的正确性.该两相C F D 模拟方法可用于构建自然对流传热特性模型,为非能动安全壳冷却系统及非能动余热排出系统设计提供新的设计手段.参考文献:[１]㊀A K S A N N ,D A U R I AF ,G L A E S E R H ,e t a l ．S e p a r a t e e f f e c t s t e s tm a t r i x f o r t h e r m a l Ｇh yd r a u l i c c o d ev a l i d a t i o n ,N E A /C S N I /R (９３)１４/P a r t１a n dP a r t ２[R ]．F r a n ce :O E C D /N E A ,１９９４．[２]㊀A K S A N N ,D A U R I A F ．R e l e v a n tt h e r m a lh y d r a u l i c a s p e c t s o f a d v a n c e d r e a c t o r d e s i gn :S t a t u sr e po r t ,N E A /C S N I /R (９６)２２[R ]．F r a n c e :４６原子能科学技术㊀㊀第５４卷O E C D/N E A,１９９６．[３]㊀C H O IJ H,C L E V E L A N D J,A K S A N N．I mＧp r o v e m e n ti n u n d e r s t a n d i n g o fn a t u r a lc i r c u l a t i o np h e n o m e n a i nw a t e r c o o l e dn u c l e a r p o w e r p l a n t s[C]ʊT h e１３t hI n t e r n a t i o n a lT o p i c a lM e e t i n g o nN u c l e a rR e a c t o r T h e r m a l H y d r a u l i c s(N U R E T HＧ１３)．K a n a z a w a,J a p a n:A E S J&A N S,２００９．[４]㊀L U B B E S M E Y E R D．I S PＧ４２d e s c r i p t i o n o ft h e P A N D A:F a c i l i t y,TMＧ４２Ｇ９８Ｇ４１ＧA L P HAＧ８３６Ｇ１[R]．V i l l i g e n,S w i t e r l a n d:P S I,１９９９．[５]㊀A K S A N N,L U E B B E S M E Y E RD．I S PＧ４２P A N D A t e s t s:B e h a v i o u ro f p a s s i v ec o n t a i n m e n t s y s t e m sd u r i n g t h el o n gＧte r m h e a tr e m o v a l p h a s ei na dＧv a n c e dl i g h t w a t e r R e a c t o r s:B l i n d p h a s ec o mＧp a r i s o n r e p o r t,N E A/C S N I/R(２００３)６&７[R]．F r a n c e:O E C D/N E A,２００３．[６]㊀H I C K E NEF,V E R F O N D E R N K．I n v e s t i g a t i o n o f t h ee f f e c t i v e n e s so f i n n o v a t i v e p a s s i v es a f e t ys y s t e m s f o r b o i l i n g w a t e r r e a c t o r s,I S B N３Ｇ８９３３６Ｇ２６３Ｇ０[R]．G e r m a n y:F o r s c h u n g s z e nＧt r u mJül i c h,２０００．[７]㊀K R E P P E R E,H I C K E N E F．I n v e s t i g a t i o n o f n a t u r a l c o n v e c t i o n i n l a r g e p o o l s[J]．I n t e r n a t i o nＧa l J o u r n a lo f H e a ta n d F l u i d F l o w,２００２,２３:３５９Ｇ３６５．[８]㊀P R A S S E R H M,B E Y E R M．T h em u l t i p u r p o s e t h e r m a l h y d r a u l i ct e s tf a c i l i t y T O P F L OW:A no v e r v i e w o n e x p e r i m e n t a l c a p a b i l i t i e s,i n s t r uＧm e n t a t i o n a n d r e s u l t s[J]．K e r n t e c h n i k,２００６,７１(４):１６３Ｇ１７３．[９]㊀C H O IS W．P UMAＧP C C Ss e p a r a t ee f f e c tt e s t sa n d R E L A P５c o d e e v a l u a t i o n i n P UMA[D]．U S:P u r d u eU n i v e r s i t y,２００９．[１０]K R E P P E R E,A S Z O D I A,P R A S S E R H M．E x p e r i m e n t a l a n dn u m e r i c a l i n v e s t i g a t i o n so f o n ea n d t w o p h a s e n a t u r a l c o n v e c t i o n i n s t o r a g e t a n k s[C]ʊ４t h I n t e r n a t i o n a l C o n f e r e n c e o nM u l t i p h a s eF l o w．N e w O r l e a n s,U S A:[s．n．],２００１．[１１]K R E P P E R E,S C HA F F R A T H A,A S Z O D IA．N u m e r i c a l s i m u l a t i o no f t h e e m e r g e n c y c o n d e n s e ro f t h eS WRＧ１０００[J]．N u c l e a rS c i e n c ea n dE n g iＧn e e r i n g,２０００,１３５:２６７Ｇ２７９．[１２]K R E P P E RE,B E Y E R M．E x p e r i m e n t a l a n dn uＧm e r i c a l i n v e s t i g a t i o n so fn a t u r a l c i r c u l a t i o n p h eＧn o m e n a i n p a s s i v es a f e t y s y s t e m s f o rd e c a y h e a tr e m o v a l i nl a r g e p o o l s[J]．N u c l e a rE n g i n e e r i n ga n dD e s i g n,２０１０,２４０:３１７０Ｇ３１７７．[１３]P A P I N ID,A D AM S S O NC,A N D R E A N IM,e ta l．S t u d y o f c o n d e n s a t i o nh e a t t r a n s f e r i n p a s s i v es a f e t y s y s t e m s u s i n g G O T H I C a n d T R A C Ec ode s[C]ʊP r o c e e d i n g sof t h e９t hI n t e r n a t i o n a lT o p i c a l M e e t i n g o n N u c l e a r T h e r m a lＧH y d r a uＧl i c s,O p e r a t i o na n dS a f e t y(N U T H O SＧ９)．T a iＧw a n:[s．n．],２０１２．[１４]A S Z O D I A,K R E P P E R E,P R A S S E R H M．E x p e r i m e n t a l a n dn u m e r i c a l i n v e s t i g a t i o n so f o n ea n d t w oＧp h a s e n a t u r a l c o n v e c t i o n i n s t o r a g e t a n k s[J]．H e a ta n d M a s sT r a n s f e r,２０００,３６:４９７Ｇ５０４．[１５]C DＧa d a p c o．S T A RＧC C M＋V e r s i o n９．０４．０１１U S E RG U I D[D B]．２０１４．．．\\C DＧa d a p c o\９．０４．０１１\S T A RＧC C M＋９．０４．０１１\d o c\e n\o n l i n e\i n d e x．h t m l．[１６]K U R U L N,P O D OW S K IM Z．O n t h em o d e l i n g o fm u l t i d i m e n s i o n a l e f f e c t s i nb o i l i n g c h a n n e l s[C]ʊA N SP r o c e e d i n g s o f２７t hN a t i o n a lH e a tT r a n s f e rC o n f e r e n c e．U S A:[s．n．],１９９１．５６第１期㊀㊀李松蔚等:过冷沸腾自然对流两相C F D模拟及应用。

过冷沸腾自然对流两相cfd模拟及应用

过冷沸腾自然对流两相cfd模拟及应用冷沸腾是一种常见的传热过程，在这种过程中，流体在加热过程中经历沸腾，并释放大量的汽水。

自然对流是一种自然存在的传热方式，在这种情况下，流体因密度差异而自然流动，从而导致传热。

这两种过程通常发生在工业中，如炼油、制氧、冷却塔等。

CFD（计算流体动力学）模拟是一种数值方法，用于模拟流体运动和传热的过程。

这种模拟可以帮助我们了解冷沸腾自然对流过程中发生的物理现象，并帮助我们优化工艺设计。

在冷沸腾自然对流过程中，CFD模拟可以帮助我们估算温度场和流场，并了解温度和流速之间的相互关系。

这有助于我们优化加热器的设计，使其能够更有效地加热流体。

此外，CFD模拟还可以帮助我们优化自然对流冷却塔的设计，使其能够更有效地冷却流体。

应用CFD模拟的关键是确定输入参数的准确性。

这包括确定流体的物理性质，如密度、粘度和比热容。

此外，还需要确定流体运动的初始条件，如流速、温度和压力。

在进行CFD模拟时，还需要考虑热交换器的几何形状、流体流动的模式（如层流、混合流或湍流）以及流体与壳体之间的热交换机制。

结果的准确性取决于所使用的求解方法的精度和所选择的网格划分的粗细程度。

较粗的网格可能更快速地求解，但结果的精度可能不够高。

因此，在进行CFD模拟时，需要权衡精度和计算时间的折中。

冷沸腾自然对流过程的CFD模拟已被广泛应用于工业中。

例如，在炼油工业中，CFD模拟可用于优化炼油装置的设计，以提高生产效率和降低能耗。

在制氧工业中，CFD模拟可用于优化制氧塔的设计，以提高氧气产量并降低能耗。

此外，CFD模拟还可以用于优化冷却塔的设计，以提高冷却效率并减少能耗。

总之，冷沸腾自然对流过程的CFD模拟是一种有效的工具，可以帮助我们了解冷沸腾自然对流过程中的物理现象，并帮助我们优化工艺设计。

它可以用于许多不同的工业领域，如炼油、制氧、冷却塔等，以提高生产效率和降低能耗。

在进行CFD模拟时，需要确定准确的输入参数，并考虑精度和计算时间的折中。

流体动力学模型的参数优化与敏感性分析方法

流体动力学模型的参数优化与敏感性分析方法引言流体动力学模型是研究和预测流体行为的有效工具。

然而，模型的准确性和可靠性取决于参数的选择。

为了优化模型并评估参数对模型输出的影响，研究者们开发了各种参数优化和敏感性分析方法。

本文将介绍流体动力学模型的常见参数优化和敏感性分析方法，并讨论它们的优缺点及应用领域。

参数优化方法1. 遗传算法（Genetic Algorithm）遗传算法是一种模拟生物进化过程的优化算法。

它通过选择、交叉和变异操作来生成新的参数组合，并根据适应度函数评估它们的优劣。

适应度函数通常是模型输出与实测数据之间的均方根误差或相关系数。

遗传算法可以帮助研究者在搜索参数空间时快速找到最优解。

2. 粒子群优化算法（Particle Swarm Optimization）粒子群优化算法是另一种基于群体智能的优化算法。

它模拟了鸟群或鱼群中个体之间的协作和信息传递。

算法中的每个粒子代表一个参数组合，并根据其自身的历史最优解和群体的最优解进行更新。

粒子群优化算法具有全局搜索能力和快速收敛性。

3. 贝叶斯优化算法（Bayesian Optimization）贝叶斯优化算法是一种基于贝叶斯统计的优化算法。

它利用模型输出与实测数据之间的先验知识来指导参数搜索过程。

算法通过更新参数的后验分布来逐步收敛到最优解。

贝叶斯优化算法适用于对高代价函数进行优化的问题，并能够在少量样本点的情况下取得较好的效果。

敏感性分析方法1. 全局敏感性分析（Global Sensitivity Analysis）全局敏感性分析通过评估模型输出与各参数之间的敏感性来确定参数对模型输出的影响程度。

常见的全局敏感性分析方法包括Sobol指数、Morris元分析方法和FAST（Fourier Amplitude Sensitivity Test）等。

全局敏感性分析可以帮助研究者识别对模型输出影响最大的参数，并优先进行优化。

2. 局部敏感性分析（Local Sensitivity Analysis）局部敏感性分析旨在评估模型在参数变化时的灵敏程度。

《基于OpenFOAM对挑流水气两相流模型试验水动力特性的数值研究》

《基于OpenFOAM对挑流水气两相流模型试验水动力特性的数值研究》篇一一、引言随着计算流体动力学（CFD）技术的快速发展，数值模拟在水利工程、环境科学、海洋工程等领域的应用越来越广泛。

挑流水气两相流模型试验作为研究水流运动、水气交互作用的重要手段，其水动力特性的准确预测与模拟对工程实践具有重要意义。

本文旨在利用OpenFOAM这一开源CFD工具，对挑流水气两相流模型试验的水动力特性进行数值研究。

二、OpenFOAM简介OpenFOAM是一个用于解决复杂流体流动问题的开源CFD 软件包，其采用基于有限体积法的离散化方法，适用于模拟包括两相流、多相流、湍流等在内的复杂流动现象。

其优点在于开源、可定制、支持并行计算等。

因此，本文选择OpenFOAM作为研究挑流水气两相流模型试验水动力特性的工具。

三、模型建立与数值方法1. 模型建立根据挑流水气两相流模型试验的实际情况，建立合适的计算模型。

模型应包括水流域、挑流结构、边界条件等要素，并考虑水气两相流的相互作用。

2. 数值方法采用OpenFOAM中的欧拉-拉格朗日方法，对水气两相流进行数值模拟。

该方法可以有效地处理两相流的交互作用，并能够准确预测水动力特性。

四、数值模拟与结果分析1. 数值模拟过程根据建立的模型和采用的数值方法，进行数值模拟。

在模拟过程中，需注意网格的划分、边界条件的设置、时间步长的选择等因素，以保证模拟结果的准确性。

2. 结果分析对数值模拟结果进行分析，包括水流速度分布、压力分布、涡旋结构等水动力特性。

通过与实际试验数据对比，验证数值模拟的准确性。

同时，分析挑流结构对水动力特性的影响，为工程实践提供参考。

五、结论通过基于OpenFOAM的数值研究，本文得出以下结论：1. OpenFOAM作为一种开源CFD工具，适用于模拟挑流水气两相流模型试验的水动力特性。

其基于有限体积法的离散化方法，能够准确处理两相流的交互作用。

2. 通过欧拉-拉格朗日方法，可以有效地预测水流速度分布、压力分布、涡旋结构等水动力特性。

《基于OpenFOAM对挑流水气两相流模型试验水动力特性的数值研究》范文

《基于OpenFOAM对挑流水气两相流模型试验水动力特性的数值研究》篇一一、引言随着计算流体动力学（CFD）技术的快速发展，数值模拟已成为研究水动力特性的重要手段。

OpenFOAM作为一种开源的CFD软件包，在处理复杂流体流动问题，尤其是两相流模型试验的水动力特性模拟方面，展现出强大的能力。

本文旨在基于OpenFOAM对挑流水气两相流模型的水动力特性进行数值研究，分析流动过程及现象，并为类似的两相流模拟提供理论支持和实验依据。

二、背景及研究意义在水利工程、环境科学、海洋工程等领域中，挑流水气两相流模型试验是研究水动力特性的重要手段。

然而，传统的实验方法往往受到实验条件、设备精度等因素的限制，难以全面、准确地描述复杂的流动过程和现象。

因此，基于数值模拟的方法显得尤为重要。

OpenFOAM作为一款强大的CFD软件包，可以有效地模拟挑流水气两相流的流动过程，揭示水动力特性的本质。

三、研究方法本研究采用OpenFOAM软件包进行数值模拟。

首先，根据挑流水气两相流的特点，建立合适的物理模型和数学模型。

其次，通过OpenFOAM的求解器进行数值计算，包括网格生成、边界条件设定、物理参数设置等步骤。

最后，对计算结果进行后处理和分析，得出水动力特性的相关结论。

四、数值模拟结果与分析1. 流动过程分析通过OpenFOAM的数值模拟，我们可以清晰地看到挑流水气两相流的流动过程。

在流动过程中，气体和液体相互影响，形成复杂的气液界面。

随着水流的速度和方向的变化，气液界面的形态也随之发生变化。

这些变化对水动力特性有着重要的影响。

2. 水动力特性分析在数值模拟中，我们关注了挑流水气两相流的水动力特性，如流速分布、压力分布、涡旋等。

通过分析这些特性，我们可以得出挑流水气两相流的流动规律和特点。

例如，流速分布的不均匀性会导致局部压力的变化，进而影响整个流动过程。

涡旋的存在则会对流场的稳定性产生影响。

五、结论与讨论本研究基于OpenFOAM对挑流水气两相流模型试验的水动力特性进行了数值研究。

两相水击模型实验验证及工程应用

两相水击模型试验验证及工程应用专业品质权威编制人：______________审核人：______________审批人：______________编制单位：____________编制时间：____________序言下载提示：该文档是本团队精心编制而成，期望大家下载或复制使用后，能够解决实际问题。

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《基于OpenFOAM对挑流水气两相流模型试验水动力特性的数值研究》范文

《基于OpenFOAM对挑流水气两相流模型试验水动力特性的数值研究》篇一一、引言随着计算流体动力学（CFD）技术的不断发展，数值模拟在水利工程、环境科学、海洋工程等领域的应用越来越广泛。

挑流水气两相流作为一种常见的自然现象和工程问题，其水动力特性的研究对于理解水流运动规律、优化工程设计和提高环境保护水平具有重要意义。

本文基于OpenFOAM这一开源CFD工具，对挑流水气两相流模型试验的水动力特性进行数值研究。

二、OpenFOAM简介OpenFOAM是一个开源的CFD软件包，具有强大的计算能力和广泛的适用性。

它采用面向对象编程语言C++编写，支持并行计算和网格自适应，能够处理复杂的流体流动问题。

在挑流水气两相流的研究中，OpenFOAM可以模拟水流、气体和颗粒物之间的相互作用，为研究水动力特性提供有力支持。

三、挑流水气两相流模型试验挑流水气两相流模型试验是研究水动力特性的重要手段。

通过搭建试验装置，模拟实际水流和气体流动情况，观察和记录水流、气体和颗粒物的运动状态和相互作用。

在试验过程中，需要关注水流速度、流向、流量等关键参数的测量和记录。

四、数值研究方法本文采用OpenFOAM对挑流水气两相流模型试验进行数值研究。

首先，根据试验装置和流动条件建立计算网格；其次，选择合适的湍流模型和两相流模型，设置边界条件和初始条件；然后，进行数值计算和结果分析。

在数值研究中，需要关注水流速度、流向、压力等关键参数的分布和变化规律。

五、水动力特性分析通过对挑流水气两相流模型试验的数值研究，可以得出以下水动力特性：1. 水流速度分布：在挑流过程中，水流速度在不同位置和方向上存在差异。

通过数值模拟，可以得出水流速度的分布规律，为优化工程设计提供依据。

2. 流向变化：挑流过程中，水流的流向会发生变化。

通过数值模拟，可以分析流向变化的原因和规律，为预测和控制水流运动提供依据。

3. 能量损失：挑流过程中，由于水流与气体、颗粒物的相互作用以及水流内部的摩擦等因素，会产生能量损失。

液氮核态池沸腾CFD模拟和可视化实验

液氮核态池沸腾CFD模拟和可视化实验
熊炜;汤轲;陈建业;王宇辰;张小斌
【期刊名称】《低温工程》
【年(卷),期】2014(000)005
【摘要】为探究低温流体池内核态沸腾机理,对液氮池内核态沸腾进行了计算流体力学(CFD)建模及实验研究.除了探究过热度和热流关系,重点分析过热度对气泡脱离直径和频率影响.根据实验观测,将核态沸腾过程分为3个阶段:低热流阶段;过渡沸腾阶段;完全核态沸腾(FDNB)阶段.基于得到的沸腾过程气泡直径及频率,构建了核态沸腾CFD数值模型,得到的过热度及热流密度关系,与实验测量得到的数据吻合.【总页数】5页(P6-9,33)
【作者】熊炜;汤轲;陈建业;王宇辰;张小斌
【作者单位】浙江大学低温与制冷研究所杭州310027;浙江大学低温与制冷研究所杭州310027;浙江大学低温与制冷研究所杭州310027;浙江大学低温与制冷研究所杭州310027;浙江大学低温与制冷研究所杭州310027
【正文语种】中文
【中图分类】TB61;TB69
【相关文献】
1.蒸发温度对强化换热管管外核态池沸腾换热性能的影响 [J], 欧阳新萍;包琳琳;邱雪松
2.基于碳纳米管的含油纳米制冷剂核态池沸腾换热特性 [J], 庄大伟;彭浩;胡海涛;
丁国良;朱禹
3.过冷核态池沸腾汽泡扫荡中表面张力作用分析 [J], 周乐平;李媛园;魏龙亭;杜小泽
4.核态池沸腾换热的数值模拟 [J], 吴玉庭;杨春信;袁修干
5.含油金刚石纳米制冷剂的核态池沸腾换热特性 [J], 庄大伟;彭浩;胡海涛;丁国良;朱禹
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低压下水欠热流动沸腾的两相CFD数值模拟研究

低压下水欠热流动沸腾的两相CFD数值模拟研究樊普;贾斗南;秋穗正【摘要】Two fluid model integrating a set of closure relationships (such as inter-phase heat transfer model, inter-phase mass transfer model, inter-phase momentum transfer model, mean bubble diameter model, bubble departure diameter model, bubble departure frequency model, onset of nucleate boiling model, wall heat flux partition model)was applied to solve the local flow and heat transfer of subcooled flow boiling under low pressure. The inter-phase mass and momentum energy transfer due to the phase change were added to the mass, momentum and energy conservation equation for liquid phase and vapor phase respectively using the user defined function in CFX4.4. And the subcooled flow boiling was researched in annular channel with inner tube heated uniformly and adiabatic outer tube under low pressure and local flow parameters such as volume fraction, liquid velocity, vapor phase etc. were obtained. The subcooled flow boiling results predicted in this paper were compared to the subcooled flow boiling experimental results of Lee etc. , and they agree well.%采用两流体(汽相和液相)基本数学模型,结合汽相和液相之间的界面传热、传质和动量交换封闭模型、汽泡平均直径模型、汽泡脱离直径模型、汽泡成核模型、汽泡脱离频率模型、欠热沸腾起始点模型和壁面热流密度分配模型,在CFD软件CFX4.4中采用用户自定义函数将相变引起的传热、传质和动量交换作为源项分别添加到汽相和液相的能量、质量和动量守恒方程中,对低压下内管加热外管绝热的环形通道内的欠热沸腾进行了数值研究,得到了欠热流动沸腾下汽相体积份额、液相速度、汽相速度分布等.采用Lee等的环形通道内低压下欠热沸腾体积份额实验数据对计算结果进行了验证,吻合良好.【期刊名称】《原子能科学技术》【年(卷),期】2011(045)004【总页数】9页(P412-420)【关键词】欠热流动沸腾;两流体模型;多相流【作者】樊普;贾斗南;秋穗正【作者单位】上海核工程研究设计院,上海200233;西安交通大学核能科学与技术学院,陕西西安710049;西安交通大学核能科学与技术学院,陕西西安710049【正文语种】中文【中图分类】TL426近几十年来，对欠热流动沸腾的研究主要集中在高压下，开发的程序也仅采用高压下的实验数据进行了验证，而随着世界上运行在低压下的研究堆的逐渐增多，近年来对低压下欠热流动沸腾的研究也逐渐成为热点。

核反应堆非能动系统物理过程的敏感参数识别迭代法

核反应堆非能动系统物理过程的敏感参数识别—迭代法郭海宽1，赵新文1，蔡琦1，黄丽琴 2（1 海军工程大学核科学技术学院,湖北武汉430033；2 南昌航空大学材料科学与工程学院，江西南昌330063）摘要：核反应堆非能动系统参数敏感性分析是系统可靠性不确定性分析的重要组成部分。

相关系数在刻画系统物理过程的成功准则参数敏感性方面存在缺陷，针对此问题文章提出迭代法，其综合了输入参数与成功准则的相关系数、偏相关系数以及输入参数之间的相关系数等3方面信息，通过实例验证方法的正确性与实用性。

迭代法适合分析参数对成功准则的偏相关性，能识别出更为精确的敏感参数，为进一步提高非能动系统物理过程可靠性提供参考依据。

关键字：相关系数；偏相关系数；敏感性分析；成功准则；物理过程；非能动系统中图分类号：TL364 文献标识码：ARecognition of sensitive parameter for nuclear reactorpassive system physical progress—iterative methodGUO Haikuan1, ZHAO Xinwen1, CAI Qi1, HUANG Liqin2(1 College of Nuclear Science and Technology, Naval University of Engineering, Wuhan 430033 China;2 Material Science and Engineering academy, Nanchang Hangkong University, Nanchang 330063 China)Abstract: Parameter sensitivity analysis of nuclear reactor passive system is the main part of uncertainty analysis for passive system reliability. There are drawbacks for correlation coefficient to describe parameter sensitivity of success criteria of passive system physical progress. So iterative method was proposed by this paper, the method took account of correlation coefficient and partial correlation coefficient for input parameters and success criteria and correlation coefficient for between parameters comprehensively, validity and practicability of method were verified by case. It was suitable for iterative method to analyze partial correlation of success criteria, recognize more accurate sensitivity parameters and provide reference for improving reliability of passive system physical process.Key words:Correlation Coefficient; Partial Correlation Coefficient; Sensitivity Analysis; Success Criteria; Physical Process; Passive System基金项目：核反应堆系统设计技术国家重点实验室基金资助项目（HT-JXYY-02-2014002）海军工程大学自主立项基金资助项目（20161601）作者简介：郭海宽（1988-），男，河北邢台人，博士，E-mail：赵新文（1968-），男，教授，博士，博士生导师，E-mail：蔡琦（1962-），男，教授，博士，博士生导师，E-mail：黄丽琴（1988-），女，硕士研究生，E-mail：aji.1 引言概率安全评价（PSA ）的不确定性分析与敏感性分析是研究非能动系统可靠性的有效方法[1-2]，非能动系统敏感性分析是评价系统输入参数的不确定性对系统输出不确定性的贡献率[3-4]，实际上是分析特定输入参数及其初始值发生变化对系统物理过程成功准则的影响[5-6]，其结果具有重要的参考价值，是工程决策的重要依据，也是可行性研究报告与工程评估报告不可缺少的组成部分[7-8]。

油水两相流CFD仿真特性研究

第一章绪论1.1 课题研究背景及意义随着我国经济和科技的不断发展，管道运输已成为和铁路、公路、水运、航空并列的五大运输方式之一，成为原油、成品油、天然气、燃气和工业用危险介质的主要运输方式。

从运输费用上来看，管道以其高效和经济而著称。

从能量消耗的角度来讲，输油干线将原油输送1000公里所消耗的能量相当于所输送原油蕴含能量的0.4%。

因此，与其他几种运输方式相比较，管道运输具有连续性好、运输量大、运价便宜和管理方便等优点，广泛应用于城市发展、能源开发、石油石化的基础设施建设等领域，和人民的生活息息相关，是我国的重大生命线。

现代油气管道的历史可以追溯到1869年，美国宾夕法尼亚州建成世界上第一条原油输送管道，这标志着现代管道运输事业的开始。

经过一百多年的发展，管道运输己成为各国国民经济的重要组成部分之一，也是衡量一个国家的能源业与运输业是否发达的特征之一。

目前全世界油气干线管道己超过150万公里，美国、前苏联、加拿大占了三分之二以上。

我国的管道运输事业发展得虽然较晚，但发展很快。

上个世纪70年代，我国相继建成了庆抚线、庆铁线、铁大线、铁秦线、抚辽线、抚鞍线、盘锦线、中朝线等8条管线，率先在东北地区建成了输油管网。

进入90年代以后，我国的长输管道的建设又有了新的突破，并相继建成了一大批油气长输管道。

2003年底，我国油气长输管道累计长度已经达到45865公里，居世界第六。

到2005年，西气东输、陕金二线、忠武线三条输气干线，川渝、京津冀鲁晋、中部、中南、长江三角洲等的区域管网基本完成，象征着我国的管道建设已进入世界先进行列。

因此，在这样的大背景下，以研究油、气、水在管道内流动的多相流理论得到了长足的发展。

另外，为了实现控制和预测油水两相流动系统,除了要知道油水两相流动条件、流体性质及流体组分外,油水流型特征也成为其必不可少的一个重要条件。

1.2 国内外研究现状两相流的最初应用年代可以追溯到阿基米德时代，在如今的工业生产过程中普遍存在着两相流的问题。