文档介绍：
第 29 卷
第 6期
吉首大学学报(自然科学版) 29
No. 6
2008 年 11月 Jou rnal of Jishou U niversity (Natural S cien ce E dition ) Nov. 2008
文章编号: 1007- 2985( 2008) 06- 0050- 05
超临界水在垂直上升圆管中传热的数值分析*
时小宝, 王海军, 罗毓珊, 李红智
(西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室, 陕西西安
710049)
摘
要: 利用 FLU ENT 对超临界水在垂直上升圆管内的传热特性进行了 CFD 研究, 计算结果与 Y am agata试验结果进行
了对比. 采用 5种不同湍流模型对同一工况进行计算, 结果表明 RNG k
湍流模型所得到的计算结果与试验结果更为接近.
在 RNG k
湍流模型中比较了不同的 y+ 下的计算结果, 结果表明当 y +
1时计算结果与试验结果符合较好, y+ = 0. 1时二
者相符最好, 最大偏差约为 13% . 最后选用 RNG k
湍流模型并取 y + = 0. 1计算了不同的热流密度下的传热特性, 结果表
明在大比热区低热负荷时传热会得到强化, 而随着热负荷的增加, 传热强化的效果会被减弱直到出现传热恶化现象.
关键词: 超临界; CFD; 湍流模型; 圆管
中图分类号: TK124
文献标识码: A
超临界流体对流换热的早期研究主要开展于 20世纪五六十年代, 在美国和前苏联由于超临界压力火电站的研究和应
用, 对超临界流体在管道中的流动规律与换热性能进行了很多实验、理论和数值模拟研究[1- 3] , 随后开展的一些研究都以超
临界压力火电站、超临界压力压水堆核电站和航天技术等为背景[ 4- 5] .
近些年来, 人们使用 CFD 商业软件进行了很多的数值模拟研究. 一些 CFD 商业软件已经在许多工程应用中普遍使用
并且取得了成功. 这些 CFD 商业软件提供大量的湍流模型, Cheng 等在 2005年用 CFX 5. 6计算了不同湍流模型下圆管内超
临界水的传热[ 6], 并且研究了传热恶化, 同时用雷诺应力模型( SSG )三维模拟三角形和正方形的管束也是被推荐的. 研究发
现覆层表面温度分布存在着强烈的圆周非均匀性, 并且紧密排列的格子里这种现象较广阔的格子更显著. 不过, 产生这种现
象的原因尚未澄清. 以前所有的 CFD 研究其重点都只是针对低温度区域的超临界水的传热, 对于高热负荷, 传热恶化的模
拟很少. 超临界水的主要特征是在拟临界点附近物理性质会发生急剧变化, 从而导致传热特性的剧烈变化. 鉴于实验测量技
术的局限性, 采用 CFD 商业软件进行数值模拟研究超临界水的流动传热机理引起了广泛的关注. 目前国内外研究者对超临
界反应堆圆形、方形以及三角形子通道内超临界水的传热特性进行了 CFD 分析, 结果表明在子通道壁面存在强烈的周向传
热非均匀性[ 6- 7] . 长期以来前人只是在某一湍流模型下分析不同热流密度对传热性能的影响, 迄今为止对于何种湍流模型
可以真实的反映大比热区的传热物理机制, 尤其是在高热负荷下能如实的预测传热恶