池式非能动余热排出系统热工水力分析的系统程序改进及验证

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作者 连强 朱隆祥 +3 位作者 唐思邈 黄涛 张勇 潘良明 《原子能科学技术》 北大核心 2025年第4期858-866,共9页

福岛核事故后非能动理念被广泛应用于先进反应堆的热工安全设计,而池式非能动余热排出系统(PRHRS)也在国产华龙一号中提供了不依赖外部能源驱动的安全保障。尽管RELAP5程序在反应堆瞬态热工水力特性分析方面开展了大量验证工作,但由于... 福岛核事故后非能动理念被广泛应用于先进反应堆的热工安全设计,而池式非能动余热排出系统(PRHRS)也在国产华龙一号中提供了不依赖外部能源驱动的安全保障。尽管RELAP5程序在反应堆瞬态热工水力特性分析方面开展了大量验证工作,但由于缺乏针对性的池式热交换器模型,RELAP5程序低估了池式PRHRS的换热功率及系统流量。因此本文根据池式热交换器工作条件选用棒束池式沸腾换热模型及大管径管内冷凝换热模型,在RELAP5程序中植入了池式热交换器模型,针对两种换热模型分别进行了分离效应验证。基于应急工况池式能量排出系统(PERSTO)实验台架分析了节点划分方式对池式PRHRS热工水力行为的影响,对比了改进程序及原始程序对整体性实验台架系统瞬态参数的模拟能力。经过分离效应验证和整体效应验证,确认了改进程序在池式PRHRS热工水力分析中的有效性。 展开更多

关键词 池式非能动余热排出系统 热工水力 系统程序改进 节点划分方式 模型验证

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氦氙气冷空间堆耦合布雷顿循环核电源系统瞬态特性分析

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作者 吴杨茂 唐思邈 +5 位作者 朱隆祥 连强 张卢腾 马在勇 孙皖 潘良明 《原子能科学技术》 北大核心 2025年第5期973-987,共15页

空间核电源是未来空间任务的重要支撑,本文针对高温气冷堆耦合闭式布雷顿循环发电的兆瓦级先进气冷核能系统(MAGNUS),建立了一套合理完善的数学物理模型,包括反应堆模型、布雷顿热电转换系统模型以及热排放系统模型。采用稳定高效的数... 空间核电源是未来空间任务的重要支撑,本文针对高温气冷堆耦合闭式布雷顿循环发电的兆瓦级先进气冷核能系统(MAGNUS),建立了一套合理完善的数学物理模型,包括反应堆模型、布雷顿热电转换系统模型以及热排放系统模型。采用稳定高效的数值计算方法进行求解,开发了一套瞬态系统分析程序。在对程序稳态及瞬态计算值进行验证后,对系统的典型事故工况进行瞬态分析,包括有保护措施和无保护措施的反应性引入事故、涡轮-发电机-压缩机(TAC)轴转速降低工况模拟。结果表明在反应堆中引入正反应性可提高系统的热循环效率;反应堆输出热量与系统负荷成正比,在保证堆芯安全的合理轴转速范围内,系统的温差损失能够更有效地将热能转化为电能,实现系统效率的提升。 展开更多

关键词 空间核电源 高温气冷快堆 闭式布雷顿循环 瞬态分析

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运行温度对钠热管内工质蒸发调节系数影响的实验研究

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作者 马在勇 周政 +5 位作者 马誉高 吴奇 张卢腾 连强 唐思邈 潘良明 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期2106-2112,共7页

钠热管在相关小型化、无人化核反应堆平台上有着良好的应用前景,其工质蒸发调节系数的准确性对于钠热管分析具有重要的意义。而蒸发调节系数受温度的影响显著,为此,通过实验方法研究了不同温度对钠热管内钠蒸发调节系数的影响。通过改... 钠热管在相关小型化、无人化核反应堆平台上有着良好的应用前景,其工质蒸发调节系数的准确性对于钠热管分析具有重要的意义。而蒸发调节系数受温度的影响显著,为此,通过实验方法研究了不同温度对钠热管内钠蒸发调节系数的影响。通过改变加热功率、倾角、加钠量、丝网等参数,测量了稳态工况下的轴向外壁面温度及气相温度。采用不同蒸气温度取值方法,结合外壁面温度测量值,基于HertzKnudsen-Schrage方程获得了蒸发调节系数的实验值。分析表明,使用蒸发段局部气相温度作为蒸气温度获得的蒸发调节系数受管内工况及丝网参数影响较小,蒸发调节系数的对数值与对数饱和压力满足良好的线性关系;使用绝热段壁面温度或绝热段气相温度作为蒸气温度获得的蒸发调节系数,在550℃以下时受轴向导热热阻及液钠润湿不佳的影响,数值偏小但依然满足对数线性关系,而在高于550℃时液钠良好润湿性带来的轴向铺展可显著增大蒸发调节系数,此时丝网的作用较为明显。通过拟合实验数据,建立了不同温度下的蒸发调节系数的经验关系式。 展开更多

关键词 钠热管 蒸发调节系数 实验研究 模型开发

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核电厂严重事故下安全壳内气溶胶再悬浮机制研究

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作者 杨洋 刘卓 +5 位作者 张卢腾 唐甲璇 李佳龙 潘良明 高力 元一单 《原子能科学技术》 北大核心 2025年第3期634-643,共10页

当核电厂发生严重事故后,安全壳内可能会存在大量的放射性气溶胶,沉积在壁面的气溶胶会因为安全壳内的气体流动发生再悬浮,成为持续的放射性气溶胶源项。气溶胶的再悬浮会增大安全壳放射性气溶胶的浓度,增加过滤排放系统的工作压力,加... 当核电厂发生严重事故后,安全壳内可能会存在大量的放射性气溶胶,沉积在壁面的气溶胶会因为安全壳内的气体流动发生再悬浮,成为持续的放射性气溶胶源项。气溶胶的再悬浮会增大安全壳放射性气溶胶的浓度,增加过滤排放系统的工作压力,加大放射性物质泄漏到外界的风险。本文采用可视化实验和力矩平衡模型对安全壳内不同沉积条件和气流条件下气溶胶的再悬浮特性开展研究。发现随着气流速度的增大,气溶胶的再悬浮份额逐渐增大;由于毛细力的存在,在高湿环境下沉积的气溶胶,再悬浮份额远低于干燥环境沉积的气溶胶;安全壳内竖直壁面沉积的气溶胶量远小于水平壁面的,难以形成松散的堆积结构,再悬浮份额仅为竖直壁面的50%;随着沉积时间的增加,沉积层发生老化,黏附力增大,使得气溶胶的再悬浮份额降低。基于流体动力和黏附力间的力矩平衡修改了经典RnR模型中再悬浮率常数表达式的部分关键项,并使用实验数据进行验证,模型预测值和实验值的最大绝对偏差为8.92%,平均绝对偏差为5.65%。 展开更多

关键词 严重事故 气溶胶 再悬浮 力矩平衡

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快速增压自由汽泡冷凝相间换热实验研究

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作者 邓杰文 黄涛 +4 位作者 朱隆祥 潘良明 孙皖 张卢腾 马在勇 《原子能科学技术》 北大核心 2025年第6期1294-1301,共8页

在使用系统分析计算程序计算一回路及二回路流体参数中,采用两流体模型计算空泡份额和流体温度会有更准确的预测效果。在两流体模型中需要确定的一个重要参数是汽泡冷凝相间换热系数。本实验中,通过对加热板产生并漂浮在大空间中的饱和... 在使用系统分析计算程序计算一回路及二回路流体参数中,采用两流体模型计算空泡份额和流体温度会有更准确的预测效果。在两流体模型中需要确定的一个重要参数是汽泡冷凝相间换热系数。本实验中,通过对加热板产生并漂浮在大空间中的饱和汽泡快速增压,使汽泡冷凝并计算得到相间换热系数。实验工况的压力范围为0.10~2.53 MPa,实验的雅可比数为5.46~17.41。实验中提出对压力快速变化过程的相间系数处理方法,拟合得到努塞尔数的表达式,平均误差为23.5%。拟合的关系式与实验数据进行对比验证,预测平均误差为21.32%。 展开更多

关键词 汽泡冷凝 快速增压 相间换热系数

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钠热管启动过程轴向传热与稳态径向传热特性研究

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作者 周政 马在勇 +5 位作者 马誉高 吴奇 张卢腾 孙皖 朱隆祥 潘良明 《动力工程学报》 北大核心 2025年第2期165-170,共6页

为定量研究钠热管轴向热阻分布特性及径向传热特性,开展了钠热管启动过程中轴向传热及稳态径向传热实验。结果表明:启动过程中加热功率对轴向传热等效热阻的影响显著,随着功率的增大,其轴向传热等效热阻先减小后趋于平缓;在低倾角工况下... 为定量研究钠热管轴向热阻分布特性及径向传热特性,开展了钠热管启动过程中轴向传热及稳态径向传热实验。结果表明:启动过程中加热功率对轴向传热等效热阻的影响显著,随着功率的增大,其轴向传热等效热阻先减小后趋于平缓;在低倾角工况下,轴向传热等效热阻显著增大,倾角较大时其影响较小;温度在350℃以下时,蒸汽处于自由分子流状态,汽液界面热阻可达10^(-4)(m^(2)·K)/W的量级,而更高温度下的蒸汽处于连续流状态,汽液界面热阻仅为10^(-6)~10^(-5)(m^(2)·K)/W;热管固液界面上存在可能由氧化层导致的传热热阻,量级为10^(-4)(m^(2)·K)/W,在低温下该热阻占热管径向传热总热阻的60%左右,其随温度的升高略有增大,在650℃时可达总热阻的80%。 展开更多

关键词 钠热管 轴向传热 径向传热 热阻

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基于PISAA软件的安全壳内气溶胶自然沉积及喷淋去除特性分析

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作者 李佳龙 张卢腾 +5 位作者 唐甲璇 杨洋 潘良明 张思宇 郭祎然 朱柏霖 《原子能科学技术》 北大核心 2025年第10期2332-2342,共11页

核电厂在发生事故时,裂变产物从堆芯释放形成的气溶胶可能通过安全壳的正常泄漏释放到周围环境,从而对公众造成放射性伤害。气溶胶在安全壳中的主要去除方式为自然沉积与喷淋去除,探究两种过程中的去除特性对研究事故条件下放射性气溶... 核电厂在发生事故时,裂变产物从堆芯释放形成的气溶胶可能通过安全壳的正常泄漏释放到周围环境,从而对公众造成放射性伤害。气溶胶在安全壳中的主要去除方式为自然沉积与喷淋去除,探究两种过程中的去除特性对研究事故条件下放射性气溶胶的去除规律有着重要意义。本研究使用中国核电工程有限公司完全自主化研发的PISAA严重事故一体化分析软件对AHMED实验、FABCS实验和COSTTHES实验进行了程序模拟验证,并对结果进行了对比分析。结果表明,气溶胶的自然沉积整体呈指数型衰减规律,高湿环境会增强吸湿性气溶胶的沉降;高温可以加快气溶胶的自然沉积;喷淋可显著加快气溶胶的沉降,且去除效率随着喷淋流量的增大而增大;程序模拟验证结果与实验数据较为吻合。本研究对PISAA软件后续的开发与完善提供了验证与支持。 展开更多

关键词 严重事故 气溶胶 自然沉积 喷淋去除 程序验证

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基于核动力潜航器电机转子冷却的旋转热管传热特性试验研究

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作者 朱张昊 张松 +5 位作者 田浪浪 陈纪东 唐思邈 孙皖 连强 潘良明 《原子能科学技术》 北大核心 2025年第6期1313-1323,共11页

核动力潜航器动力系统与电机转子的运行效率直接决定了潜航器的性能,传统的散热方式已无法满足新型潜航器电机的运行需求。热管作为一种高效的散热元件,能在有限空间内实现优良的热传导效果。旋转热管利用离心力改善工质回流,从而提升... 核动力潜航器动力系统与电机转子的运行效率直接决定了潜航器的性能,传统的散热方式已无法满足新型潜航器电机的运行需求。热管作为一种高效的散热元件,能在有限空间内实现优良的热传导效果。旋转热管利用离心力改善工质回流,从而提升散热性能。本文搭建了旋转热管实验平台,可以满足不同长度旋转热管的实验需求,并针对核动力潜航器的不同运行工况,实验研究了不同长度的旋转热管在不同转速和温度下的传热性能,得到了各工况下热管等效热阻、等效导热系数和轴向温度分布等参数。实验表明,增加热管长度可提升等效热导系数,同时传热效率提高约15%;提高转速能进一步将传热效率提升约25%。本研究为旋转热管在潜航器及类似设备中的应用提供了重要的实验数据支撑,对潜航器的散热优化设计具有重要参考意义。 展开更多

关键词 旋转热管 传热特性 冷却 等效导热系数

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高温液钠与不锈钢界面润湿机制研究 被引量：1

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作者 田浪浪 马誉高 +4 位作者 张卢腾 朱怡儒 唐思邈 马在勇 潘良明 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期1902-1911,共10页

钠冷快堆的主要特点是将液态钠作为堆芯冷却剂,因此液态钠与不锈钢固液界面的润湿现象在该堆芯系统中普遍存在。高温液钠在不锈钢界面的润湿性能与结构材料的腐蚀程度、材料自洁以及测量仪器精度等直接相关。本文通过可视化实验和分子... 钠冷快堆的主要特点是将液态钠作为堆芯冷却剂,因此液态钠与不锈钢固液界面的润湿现象在该堆芯系统中普遍存在。高温液钠在不锈钢界面的润湿性能与结构材料的腐蚀程度、材料自洁以及测量仪器精度等直接相关。本文通过可视化实验和分子动力学数值模拟的方法,针对高温液钠与不锈钢界面的润湿特性开展研究,结果发现:液钠与不锈钢的润湿转捩(接触角90°)温度在320~335℃附近;不锈钢表面的Cr_(2)O_(3)层会抑制液钠前驱膜的形成,使得液钠等效润湿半径减小,导致液钠与不锈钢界面润湿性变差;随着温度逐渐升高,液钠与Cr_(2)O_(3)层逐渐反应生成NaCrO2,使得液钠与不锈钢界面润湿性转好。 展开更多

关键词 钠冷快堆 液钠 不锈钢 润湿性 接触角

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基于压缩感知理论的中子能谱解谱方法

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作者 吴广皓 邵刚 +4 位作者 时光 刘斌 潘良明 王锋 周小为 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期1311-1318,共8页

准确的中子能谱信息对于核装置的设计和运行具有十分重要的意义,现有解谱方法通常将先验信息作为迭代初值使用,限制了解谱过程多重先验信息的使用。本文针对中子能谱测量中的解谱问题,建立了基于压缩感知理论的中子能谱解谱方法,并应用... 准确的中子能谱信息对于核装置的设计和运行具有十分重要的意义,现有解谱方法通常将先验信息作为迭代初值使用,限制了解谱过程多重先验信息的使用。本文针对中子能谱测量中的解谱问题,建立了基于压缩感知理论的中子能谱解谱方法,并应用于几种典型中子能谱的多球谱仪测量和辐照监督管处中子能谱的活化片测量中的中子能谱解谱问题,结果表明:所建立的解谱方法可实现一次解谱中多重先验信息的使用,可有效实现典型中子能谱和反应堆辐照监督管处中子能谱的解谱,解谱结果与标准解吻合良好。另外,由于多重先验信息的使用,使得解谱过程对方程数量的依赖降低,去除^(238)U和^(237)Np等裂变探测器时辐照监督管处中子能谱依然可得到较高精度的求解,为辐照监督项目去除裂变探测器奠定了理论基础。 展开更多

关键词 中子能谱解谱 压缩感知理论 稀疏表示算法 稀疏重构算法

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轻水堆两相流机理研究的若干关键问题、现状与发展前沿 被引量：4

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作者 潘良明 朱隆祥 +6 位作者 万洁 许汪涛 邓杰文 闫美月 何明樾 万灵峰 张宏 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第8期1483-1498,共16页

两相流是轻水堆热工水力的重要研究主题。正常工况和事故工况下的两相流流动和传热特性关乎核反应堆系统的安全性和经济性。在流动过程中相界面结构不断发生演化,同时两相之间存在着复杂的动量和质量、能量传递,这使得两相流动成为最复... 两相流是轻水堆热工水力的重要研究主题。正常工况和事故工况下的两相流流动和传热特性关乎核反应堆系统的安全性和经济性。在流动过程中相界面结构不断发生演化,同时两相之间存在着复杂的动量和质量、能量传递,这使得两相流动成为最复杂的流动现象之一。本文回顾了反应堆两相流的发展历程,重申了领域内的若干关键问题,总结各个问题的研究现状,并展望领域研究前景、提出学科发展建议。 展开更多

关键词 两相流 反应堆 研究现状 发展前沿

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补水箱内的直接接触冷凝模型研究 被引量：1

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作者 马在勇 张卢腾 +3 位作者 朱隆祥 孙皖 曾小康 潘良明 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第8期1506-1514,共9页

补水箱是核反应堆安全系统中的重要设备。事故工况下补水箱内可发生剧烈的直接接触冷凝过程,导致补水箱内压力的迅速降低乃至振荡,影响补水箱的安全注入功能。为提高对补水箱安注行为预测的准确性,本文基于射流速度分布理论和假想管嘴... 补水箱是核反应堆安全系统中的重要设备。事故工况下补水箱内可发生剧烈的直接接触冷凝过程,导致补水箱内压力的迅速降低乃至振荡,影响补水箱的安全注入功能。为提高对补水箱安注行为预测的准确性,本文基于射流速度分布理论和假想管嘴分析方法,考虑液相的温度分层对传热温差的影响,结合补水箱内直接接触冷凝的一般过程,建立了针对性的冷凝传热计算方法。利用该模型对现有实验数据进行了预测,符合良好,初步验证了模型的有效性。相关研究有助于提高补水箱安注过程和相关事故安全分析的准确性。 展开更多

关键词 补水箱 直接接触冷凝 模型开发 模型验证

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基于MATLAB构建反应堆辐照装置气隙控温研究

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作者 黎竣松 孙皖 +4 位作者 黄岗 万灵锋 斯俊平 孙胜 潘良明 《核科学与工程》 CAS CSCD 北大核心 2023年第5期971-978,共8页

在核反应堆正式试运行之前,需要对各种材料进行辐照考验,以验证材料的耐辐照性能,其中温度控制在试验中尤为重要,目前辐照考验装置的温度控制还存在一定的问题,为解决核反应堆中的材料辐照考验装置的温度控制问题,利用商业软件MATLAB对... 在核反应堆正式试运行之前,需要对各种材料进行辐照考验,以验证材料的耐辐照性能,其中温度控制在试验中尤为重要,目前辐照考验装置的温度控制还存在一定的问题,为解决核反应堆中的材料辐照考验装置的温度控制问题,利用商业软件MATLAB对辐照装置的考验段进行了气隙温度控制的数值模拟,分别进行了气隙尺寸计算、气体组分计算、阴阳辐照计算和阶梯气隙计算,得到了指定辐照温度需求时,通过调节气体混合组分和气隙大小来实现对辐照装置的温度控制改善方案。研究结果表明,当辐照温度需求在200~400℃时,各个计算的温度控制都能达到指定需求。因此,根据一般反应堆所设计的辐照考验装置进行了数值模拟,对提高辐照装置的温度控制问题具有一定参考性。 展开更多

关键词 辐照装置 气隙温度控制 阴阳辐照 MATLAB

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基于跨声速膨胀凝结流动的低温氮气均质成核与异质成核

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作者 胡文虎 孙皖 +3 位作者 牛璐 彭婧 蒋卓君 潘良明 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第9期54-61,共8页

为了深入研究低温气体超声速膨胀时的两相凝结流动,基于Euler-Euler双流体模型,采用非等温效应修正的经典成核理论和Gyarmathy液滴生长理论建立了可预测氮气均质和异质凝结流动统一的数值模型。利用Ansys Fluent对拉瓦尔喷管内低温氮气... 为了深入研究低温气体超声速膨胀时的两相凝结流动,基于Euler-Euler双流体模型,采用非等温效应修正的经典成核理论和Gyarmathy液滴生长理论建立了可预测氮气均质和异质凝结流动统一的数值模型。利用Ansys Fluent对拉瓦尔喷管内低温氮气膨胀凝结过程进行了数值研究,分析了不同入口温度和不同异质核心参数对凝结行为的影响规律。模拟结果表明:随着入口温度降低,凝结发生位置会逐步靠近喉部,进而出口处带液量及液滴尺寸也随之增加;相比于均质成核,异质核心的存在降低了成核的自由能障,使得氮气凝结在较低的过冷度下即可发生;当异质核心半径在一定范围内,随着异质核心数增多,异质凝结逐渐成为带液量增长的主导过程,直至达到完全异质成核。 展开更多

关键词 低温氮气 超声速膨胀 均质成核 异质成核

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基于CFD的竖直圆管内空气-水逆向流动界面行为研究

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作者 万洁 孙皖 +4 位作者 李想 朱隆祥 马在勇 张卢腾 潘良明 《核科学与工程》 CAS CSCD 北大核心 2023年第5期1105-1112,共8页

为研究空气-水逆向流动局部特性,本文基于VOF(volume of fluid)模型对D=25 mm的圆管中气液逆向流动过程中界面波的演变开展了数值计算,分析了流动过程中界面波波形的变化,计算结果与实验中液膜厚度变化符合较好。对不同液相流速工况下... 为研究空气-水逆向流动局部特性,本文基于VOF(volume of fluid)模型对D=25 mm的圆管中气液逆向流动过程中界面波的演变开展了数值计算,分析了流动过程中界面波波形的变化,计算结果与实验中液膜厚度变化符合较好。对不同液相流速工况下的流场变化分析可得,流动过程中界面波前后产生的压差引入了削弱界面波稳定性的附加作用力,且界面波前后压力变化随液相流速的增大而增大;与此同时,气相流速越大,界面波波幅沿轴向发展越迅速,表明界面波的不稳定性随气相流速的增大而增大。由此可得,气相流速及液相流速的增大都会使界面波的稳定性降低,即更容易发生液泛。 展开更多

关键词 CFD 液泛 VOF 界面波 液膜厚度

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