西安交通大学：《核安全与运行》课程教学资源（PPT课件讲稿）第四章 两相流基本模型（主讲：单建强）

西安交通大学 单建强 核安全与运行研究室 第四章 两相流基本模型 单建强

前言 两相流模型是核反应堆安全分析程序研发的基础 需要考虑宽参数范围高压高流量 低压低流量 回流冷凝 均相流模型 两相流模型 漂移流模型 两流体模型 NUSOI 核安全与运行研究室

2 两相流模型是核反应堆安全分析程序研发的基础 需要考虑宽参数范围 两相流模型 均相流模型 漂移流模型 两流体模型 高压高流量 低压低流量 回流冷凝 ……

均匀流模型 1.模型简介 基本思想 通过合适的定义两相混合物的平均参数值,把两相流当作具有这种平均特性并遵循 单相流体基本方程的流体 基本守恒关系式与单相流动相同 模型假设 汽液两相速度相同 两相处于热平衡 适用工况 汽相和液相比较均匀的流动、高压高流速的泡状流、汽芯中夹带液滴的环状流等 在其它的流型中可以采取相应的结构关系式 NUSOI 核安全与运行研究室

3

均匀流模型 2.守恒方程—质量守恒方程 G=0 n V1+xv, Adz A+5(GA)Az NUSOI 核安全与运行研究室

4 m G 0 t z   + =   m g l ( ) l lg 1 1 v xv     = + − = +

均匀流模型 2.守恒方程—动量守恒方程 P+(P)4 GAj +5(GAj). aG a +o(G)=-7-Pmg sin e-F GA P Pmg sin 8-F Dt az NUSOI 核安全与运行研究室

5 ( ) m w sin G p Gj g F t z z      + = − − −    l g m m G j u u u  = = = = G j =  m m m w D sin D j p g F t z     = − − − 

均匀流模型 2.守恒方程—能量守恒方程 单位质量流体的全部能量Ea E=e+-+ 6+ GAEm+-(GAE )4z 能量守恒关系式 Pm E-P +-(GEm)=q pm aDz 变换形式,得到普遍使用的能量守恒关系式 aE Pm at/m az GAE 焓h来代替内能,能量守恒关系式 P =e+ q +iF NUSOI 核安全与运行研究室

6 2 m m m sin 2 j p E e gz   = + + + m m m ( ) m p E GE q t z             − + =       m m m m E E p j q t z t      + = +    p h e  = + m m w D D D D h p q jF t t  = + +

均匀流模型 3.均相流模型的变形 a 基本思想: 滑速比模型 守恒方程: 质量守恒 aG aA 0 az at 动量守恒 能量守恒:C+0 +(G)++F+pn8=0 at az 变量定义: 几n=3+(1-a) d p=xp, x)p NUSOI 核安全与运行研究室

7 g l u S u = l g 1 1 x S x     −       =               −   m 0 G z t   + =   mh G q t z     + =   ( ) 2 w m 0 G p G v F g t z z     + + + + =         m g l = + − (1 ) l g ( ) d 1 d x x x      = + −     ( ) 2 2 l g 1 1 x x v v v   −  = + −

均匀流模型 4.封闭问题 aG,Opm=0 az at 守恒方程 q (G)++F+Pg=0 变量 G, p",Pm, h,, g, v, Fw, q p”=[x2+(1-x)/2 a)p1 hm=xh+(1-x)h NUSOI 核安全与运行研究室

8 m 0 G z t   + =   m m G t z h h  q    + =    ( ) 2 w m 0 G G p v g z z F t     + + + + =     守恒方程 l g ( ) d 1 d x x x      = + −     变量 , , , , , ', , G h q v Fw q   m m      m g l = + − (1 ) ( ) 2 2 l g 1 1 x x v v v   −  = + − h xh x h m g l = + − (1 )

均匀流模型 4.封闭问题 关系式 q计算式 饱和物性的关系式 关系式 p关系式 热流密度通常是 由于汽相和液相处于热 混合物比焓 混合物密度 已知参数,且与 平衡状态,因此汽液相 其他变量相对独 的焓和密度可作为压力 的函数给出(4个) +(1-x)h +(1-a) q=q(2,t) X和Q关系 W 两种方法 壁面摩擦Fw和壁 1以实验数据为基础,直 面剪应力存在如 接给出关系式 A 重点在这里下关系 2.使用滑速比S的关系式 Pml NUSOI 核安全与运行研究室

9 热流密度通常是 已知参数，且与 其他变量相对独 立 q=q(z，t) q计算式 关系式 H p h g g g ( , , 0 ) = H p h l l l ( , , 0 ) = 混合物比焓： hm关系式 ( ) m g 1 l h xh x h = + − 混合物密度： ρm关系式 ( ) m g l 1     = + − 壁面摩擦FW和壁 面剪应力存在如 下关系： FW w w w P F A = 2 w f m m 1 2   = C u 两种方法： 1.以实验数据为基础，直 接给出关系式： 2.使用滑速比S的关系式： x和α关系  = A x( ) l g 1 1 x S x     −       =             −   由于汽相和液相处于热 平衡状态，因此汽液相 的焓和密度可作为压力 的函数给出（4个） 饱和物性的关系式 重点在这里

均匀流模型 4封闭问题——滑速比关系式 Bankoff模型: 对泡状流使用下式中的K因子来表示滑速比: K=000143p+0.71 K=10 K 06 右图表示的是将K作为参变量时,根据上式求得 04 04 的滑速比与空泡份额的关系。需要注意的是, 02 在 Bankof关系式中,即使质量含汽率为1,空 100 泡份额也不为1。 又"7比 >Lev模型 Levy从两相的动量守恒出发,提出在低压力时滑速比为: P NUSOI 核安全与运行研究室

10 K p = + 0.00143 0.71 1 S K   − = − l g S 2    =