Während eines Kühlmittel verlusts (LOCA) in Kernreaktoren kann das Kühlmittel im Kern plötzlich drucklos werden. Dieser schnelle Druckabfall treibt die Flüssigkeit in einen überhitzten Zustand, was zu einer intensiven Dampf blasen keimbildung und einem beschleunigten Blasen wachstum führt. Diese vorübergehen den Phasen änderungs phänomene dominieren das lokale Wärme übertragungs verhalten und beeinflussen stark die thermisch-hydraulische Stabilität des Reaktors.
Herkömmliche Sensoren wie Thermo elemente und Druck wandler können die Blasen verformung im Millisekunden maßstab oder die Kopplung zwischen Blasen morphologie und thermo dynamischen Parametern nicht auflösen.
Um dieser Herausforderung zu begegnen, baute ein Forschungs team an der Chongqing-Universität ein spezielles Visual isierungs system mit schnellem Drucken tdruck, das von der von Agile Device gelieferten Revealer-Hoch geschwindigkeit kamera aktiviert wird. Mit einer hochpräzisen Synchron isation erfasst das System die transiente Blasen entwicklung und stellt eine quantitative Korrelation zwischen Grenzflächen wärme übertragungs koeffizienten und dimensions losen Parametern wie den Reynolds-und Jakob-Zahlen her.
2.1 Visual isierungs system
Hochdruck behälter:Maßge schneider ter Visual isierungs autoklav mit einer Nennleistung von 4,4 MPa, ausgestattet mit Patronen heizungen und einer beheizten Bodenplatte, um ein nahezu gesättigtes und einheitliches Wärme feld zu erzeugen.
Hochgeschwindigkeits-Bildgebung & Synchron isation:
OEnthüllerHoch geschwindigkeit kamera(Agile Gerät)Mit 1280 × 1024 Auflösung bei 6.800 fps.
O Ein präzises Timing-Modul, das den Kamera auslöser mit dem Drucken tlastung reignis synchron isiert.
Bild verarbeitung software: Extrahiert Blasen kontur, Radius, Schwerpunkt position und Wachstums geschwindigkeit.
2.2 Experimentelles Verfahren
Insgesamt32 Schnellent druckungs experimenteWurden unter Druck von durchgeführt0,20 bis 2,93 MPaUnd anfängliche Flüssigkeits temperaturen von393-514 K.
Workflow:
1. Hitze deion isiertes Wasser zur Sättigung temperatur.
2. Starten Sie eine schnelle Drucken tlastung, um das System in einen überhitzten Zustand zu bringen.
3. Blasen keimen auf der erhitzten Platte und steigen in das Visual isierungs fenster.
4. Notieren Sie das vorübergehende Blasen wachstum unter Verwendung derEnthüllerHochgeschwindigkeits-CamerAWährend gleichzeitig Druck-und Temperatur signale gesammelt werden.
5. Verwenden Sie eine Bild verarbeitung software, um den Blasen radius und den projizierten Bereich zu berechnen.
6. Synchron isieren Sie morpho logische Daten mit thermo dynamischen Daten für die Wärme übertragungs analyze.
3.1 Blasen wachstums dynamik
Hochgeschwindigkeits-Bilds equenzen zeigen die Entwicklung der Blasen morphologie innerhalb der ersten 30 ms:
Anfangs blase: nahezu kugelförmig, äquivalenter Durchmesser ≤ 0,6mm.
Bei 8 ms: schnelle Expansion; Form übergänge von kugelförmig zu ellipsoid.
Bei 18 ms: Bildung einer kappen förmigen Blase.
Bei 28 ms: Das Wachstum stabilisiert sich mit einem Durchmesser ≤ 2,8mm.
Diese Beobachtungen bestätigen, dass dieHoch geschwindigkeit kameraKann schnelle Verformung und Grenzflächen ausdehnung während der Keimbildung und des Wachstums im Früh stadium auflösen.
Unter Verwendung der Energie einsparung wird der momentane Grenzflächen wärme übergangs koeffizient hth_tht berechnet aus:
Der zeit gemittelte Wärme übergangs koeffizient hhh wird dann durch Korrelieren der Blasen radius entwicklung mit synchron isierten Druck-Temperatur-Daten abgeleitet.
3.3 Vor geschlagenes Korrelation modell
Eine auf Regression basierende Korrelation für den Grenzflächen wärme übergangs koeffizienten wurde entwickelt:
KAPE:16,6%
Korrelation koeffizientenT: R2 = 0,86 R ^ 2 = 0,86 R2 = 0,86
Verglichen mit bestehenden Modellen:
Saha-Modell: MAPE 23,8%
Wolfert-Modell: MAPE 49,2%
Die neue Korrelation zeigt eine signifikant höhere Genauigkeit unter schnellen Drucken tlastung bedingungen.
4.1 Hochgeschwindigkeits-Bildgebung fähigkeit
Unter Verwendung derRevealer Hochgeschwindigkeits-CamerA, Blasen wachstum und-verformung im Millisekunden bereich wurden genau auf gezeichnet. Das synchron isierte Erfassungs system ermöglicht die Ausrichtung morpho logischer Daten unter einer Millisekunde mit Druck-und Temperatur signalen-entscheidend für genaue Wärme übertragungs berechnungen.
4.2 Neue Wärme-Transfer-Korrelation
Es wurde ein neues Grenzflächen wärme übertragungs modell vor geschlagen, das den Beitrag von Dampf expansions arbeiten enthält. Diese Korrelation spiegelt die Physik der schnellen Drucken tlastung besser wider und übertrifft traditionelle Modelle in Bezug auf die Vorhersage genauigkeit.
4.3 Breite Anwendbar keit
Das hier demonstrierte Framework für Bildgebung synchron isation kann auf andere komplexe Phasenwechsel-und Zwei phasen strömungs szenarien erweitert werden, einschl ießlich Mikro kanal kühlung, Siede wärme übertragung und Kavitation studien. Es bietet zuverlässige experimentelle High-Fidelity-Daten für die Modell validierung und numerische Simulation.
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