竖直矩形通道内空气—水两相流动中气泡聚合研究

王璐　孙中宁　张林　李伟　唐昌兵　刘洋华　武小莉

【摘 要】本文在自然循环条件下，研究竖直上升矩形通道（50×50mm2）内气泡聚合行为特性，在此基础上进一步分析气泡聚合对自然循环能力的影响。结果表明：本实验条件下气泡初始平均直径大于4.5mm时升力系数大于零，直径小于4.5mm时升力系数变为负值；两气泡平均间距大于8.3mm时，几乎不能看到聚合过程；实验范围内，自然循环水流量是随着气体流量的增加而增大，在气体流量小于1.30kg/h，增大气流量对提升自然循环能力的效果较气流量大于1.30kg/h更好。

【关键词】自然循环；矩形通道；空气-水；气泡聚合

0 引言

针对事故工况下安全壳的降温降压，新一代反应堆中多引入了非能动安全壳冷却系统（PCCS），该系统可以不借助外部动力装置，仅依靠自然循环等物理规律实现对安全壳的保护功能[1-5]。鉴于气泡泵的引入能大幅降低自然循环系统上升段的密度，提高驱动力及自然循环能力，而气泡间的典型行为（如聚合等）对上升段的空泡份额有显著影响，空泡份额又密切关系着两相密度及自然循环能力。因此，有必要对自然循环条件下气泡聚合行为特性及其对自然循环能力的影响进行研究。

Allan[6]通过实验发现，当液膜厚度减薄到100nm时， 除了毛细压力的作用外， 还开始受到一种叫做“附加压”的作用。当附加压大于零时，它对液膜的减薄过程是不利的； 而当它小于零时，它又会起到促进的作用， 这个附加压是由双电层作用力、范德华分子力和内部结构作用力组成的，前两者是构成有名的DLVO理论的基础。……