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棒束型通道结构广泛应用于热能工程、化学工程及核能工程等领域。受结构参数的影响,棒束通道内的流动阻力特性与常规通道存在较大差异。海洋条件下,受附加外力场的影响,流体的流动特性与稳态环境有所不同,对摇摆条件下棒束通道内的流动阻力进行研究,可有效的提高动力设备在非稳态条件下的运行能力。 本文以3×3正方形布置棒束结构为研究对象,开展稳态及摇摆条件下其内部的流动阻力特性实验研究。实验段外部为有机玻璃通道,内部9根不锈钢棒呈正方形排列,棒径为8mm,棒间距为10mm。实验以常温常压下的水和空气作为工质,液相流速范围为0.08~5.94m/s,气相流速范围为0.06~5.85m/s。摇摆实验时,摇摆振幅范围为5°~15°,摇摆周期范围为8s~16s。 稳态实验时,摇摆台固定不动,实验段处于竖直静止状态。单相条件下,比较了棒束通道内单相摩擦阻力与常规通道的区别,并对相关摩阻系数计算方法在棒束通道内的适用性进行了分析,给出了本实验条件下棒束通道内单相摩阻系数的经验关系式。两相条件下,基于实验数据,对典型的两相摩擦阻力计算方法在棒束通道内的适用性进行了评价。结果表明:均相模型在气、液流速较高工况下预测精度较高,气、液流速较低工况下偏差较大。分相模型中,Chisholm B或Muller-Steinhagen模型能对棒束通道内的两相摩擦阻力较好预测。同时,基于棒束通道内两相摩擦阻力实验数据,本文对Chisholm C模型中的系数C进行了修正。 摇摆条件下,实验段随摇摆台正弦运动。单相条件下,分析了摇摆运动对实验段内流量及瞬时摩擦阻力的影响,并对摇摆条件下的单相时均阻力特性进行了分析。结果表明摇摆运动对强制循环条件下棒束通道内单相瞬时/时均阻力特性的影响不大。两相条件下,由于气、液相分布随摇摆运动的周期性变化,流量较低时,摇摆条件下棒束通道内的两相瞬时摩擦阻力会产生周期性的波动,稳态条件下的两相摩擦阻力计算方法并不能应用于摇摆工况。分析了气液流速、摇摆周期、摇摆振幅等因素对摇摆条件下棒束通道内两相瞬时摩擦阻力的影响。引入了考虑摇摆参数影响的摇摆修正因子Froll以预测摇摆条件下棒束通道内两相瞬时摩擦阻力的周期性波动现象。对摇摆条件两相时均摩擦阻力特性进行了分析,结果表明摇摆运动对棒束通道两相时均摩擦阻力的影响不大,其值可以采用稳态摩擦阻力计算方法预测。