摘要：二氧化碳在拟临界点附近具有独特的理化性质,采用超临界二氧化碳(S-CO_(2))作为换热工质的布雷顿循环系统拥有可观的系统热效率,但物性的剧烈变化可能导致流动不稳定性问题。本文开展了SCO_(2)双通道流动不稳定性实验研究,获得了流动不稳定性实验数据。实验结果表明:在自然循环的功率-流量曲线的正斜率区和负斜率区均出现流动不稳定性现象,第1个区间的流动不稳定性为系统性振荡,振荡周期较长,分析为压力降流动不稳定性,第2个区间的流动不稳定性为通道间高频振荡;不稳定起始功率随着系统压力和进口质量流量的增大而线性增大,提高系统压力和进口质量流量可以增强稳定性。

摘要：超临界二氧化碳在超临界区具有良好的热力学性能,作为布雷顿循环的工质,相比于传统的朗肯循环有着更高的效率,自然循环是提升系统非能动安全性的技术基础,超临界二氧化碳循环系统的稳态特性是设计的关键。为研究超临界二氧化碳自然循环稳态特性,采用计算流体力学(CFD)方法,对超临界二氧化碳在小型矩形回路内自然循环换热特性进行三维稳态数值模拟,冷热段高差1.0 m,压力范围7~11 MPa,加热壁面温度320~370 K。模拟结果显示,当流体温度达到拟临界温度附近时,质量流量、换热功率和表面换热系数显著升高。由于在拟临界点附近剧烈的物性变化,受浮升力和重力影响,水平管内局部温度呈现底部向顶部逐渐升高。基于模拟结果拟合了稳态雷诺数Re和修正格拉晓夫数Grm的关系式。为超临界二氧化碳非能动安全系统的设计和分析提供数据基础。

摘要：超临界二氧化碳在拟临界点附近具有良好的导热性能和易压缩性,采用超临界二氧化碳作为换热工质的布雷顿循环系统拥有可观的系统热效率,但物性的剧烈变化可能会导致流动不稳定性问题。采用三维数值模拟方法对超临界二氧化碳双通道流动不稳定性问题进行了研究,与实验进行了对比,分析了不稳定起始至结束整个过程中双通道间的状态变化。已有的数值结果表明超临界二氧化碳流动不稳定性分为三个阶段,随着加热功率的线性增加,流动状态经历波动起始、持续波动和波动结束三个过程。质量流量、流体密度和主流温度均会呈现正余弦波动状态,三者存在一定的相位延迟。壁面温度和表面换热系数会随着流体的波动而出现相应的变化,壁面出现最大温度点和最大表面系数换热点。

摘要：板状燃料组件冷却剂通道狭窄,与常规圆管通道内的气泡生长不同,其受限流道将引发气泡形变、局部湍流变化等问题,对气泡的聚合、破碎、形变等造成严重影响。为了解矩形窄缝通道内的气泡生长行为和两相流型变化,文章以去离子水为工质,对一面加热三面可视的长宽为0.5 mm × 2.0 mm的矩形窄缝通道内气泡生长过程进行可视化实验研究,给出了在系统压力0.5~1.0 MPa,入口流量50~200 kg/(m2∙s),过冷度低于40 K,沸腾段壁面热流密度100~500 kW/m2条件下的局部空泡份额变化特性,得到了过冷沸腾工况下的气泡生长行为和泡状流到弹状流动区域的流型转变特性,并给出了经可视化图像后处理程序测得的时均空泡份额。

摘要：超临界二氧化碳(S-CO2)在拟临界区独特的热力学性能,被认为是自然循环的理想工质,现有研究表明,超临界二氧化碳在自然循环系统和并联通道结构中都可能发生流量失稳现象。为探究超临界二氧化碳在自然循环并联通道系统中的流动不稳定特征,本文在系统压力8.8~9.1 MPa,进口温度289~303 K的工况范围内开展了实验研究。通过改变加热功率,得到超临界二氧化碳自然循环流量变化曲线。实验结果表明,自然循环能力存在峰值,未到峰值前循环流量随功率增加快速提高,达到峰值后缓慢下降。当试验段出口温度达到拟临界温度时,流动不稳定性现象发生。在高、低加热功率区域都观察到了两种类型的流量振荡现象:高振幅、长周期的系统性振荡和低振幅、波动周期大的并联通道振荡。实验结果可为超临界二氧化碳非能动系统设计提供数据支撑。

摘要：CO2意外泄漏是超临界CO2动力循环系统和碳捕获与存储系统主要安全问题之一。本文基于一套小规模实验装置研究超临界CO2容器快速泄压的热力学特性和流动特点,压力容器体积为50 L。开展了初始工况为8.1 MPa,38.0℃和10.0 MPa,38.0℃的泄压实验。通过测量流体压力、流体温度、壁面温度、质量流量以及外部射流结构来分析超临界CO2泄压特性。实验得到不同初始状态会经历不同的泄压过程。外部射流结构可以分为三阶段:射流长度增加阶段,射流长度维持稳定阶段,射流长度减小阶段。此外,实验得到容器底部外壁温最低温度可以达到−26.9℃ (10.0 MPa, 38.0℃)。本文的实验结果对理解事故过程和模型开发具有重要意义。