基于界面面积传输机理的沸腾两相流型演化动态模型

基于静态流型图或转变准则的两相流动分析，制约了两流体模型对相间传输乃至热工水力特性的考量，由此提出新一代分析程序演进中引入界面面积传输相关机理。从界面传输行为把握两相流动发展与流型演化动态机制，在相间作用分析中引入界面面积传输方程（IATE）成为关键。目前仅对IATE水力学源项有较系统认识，对多流型沸腾流动相变源项研究仍十分有限且不充分。本申请课题拟将IATE引入两流体分析，动态刻划沸腾两相流型演化，提出从各流型下IATE相变源项机理、以界面与流动结构参数表征流型演化两个关键科学问题入手，本质揭示沸腾两相流型演化与界面面积传输动力学关系，把握其流动发展与流型演化动态规律。课题将综合运用机理分析、界面测量与实验观测，以及数值模拟手段，建立沸腾两相典型流型下两群IATE及源项模型，研究以界面参数表征的流型转变准则，进而构建流型演化动态模型体系，为先进热工水力分析技术发展提供数理模型与分析手段。

基于静态流型图或转变准则的两相流动分析，制约了两流体模型对相间传输乃至热工水力特性的考量，由此提出新一代分析程序演进中引入界面面积传输相关机理。从界面传输行为把握两相流动发展与流型演化动态机制，在相间作用分析中引入界面面积传输方程（IATE）成为关键。本项目将IATE引入两流体分析，动态刻划两相流型演化。为了进行该两相传输基础问题的研究，首先，完成了基于两流体模型框架的热工水力分析程序的物理模型、数值模型与算法研究，并进行了有关程序的编制开发，同时还对程序进行了验证与应用；其次，通过4头探针测量系统的研制及其在两相流型转换实验中对界面面积浓度IAC的测量应用，结合高速摄影的流型可视化观测与空泡分布规律的展示，在各典型流型下对IATE各源项规律与机理进行量化的验证；从本质上揭示了沸腾两相流型演化与界面面积传输动力学行为之间关系；进一步地，通过将IATE耦合至基于两流体框架的热工水力分析程序，进行了典型沸腾流道内传热流动行为的不依赖于流型的瞬稳态模拟，并对流动传热过程中IAC的分布与界面面积浓度的传输特性予以描述，从而初步构建并演示验证了基于界面参数分析的沸腾两相流型演化动态模型。总之，本项目综合运用机理分析、界面测量与实验观测，以及数值模拟手段进行研究，为先进热工水力分析技术发展提供数理模型与分析手段。