Ｖｏｌ．４５，Ｎｏ．１１４５１１
２０１１年１１月ＡｔｏｍｉｃＥｎｅｒｇｙＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＮｏｖ．２０１１
基于矩形窄缝通道实验数据的
ＤＮＢ机理模型评价
周磊１，２，闫晓１，黄善仿２，黄彦平１，肖泽军１
（１．中核集团核反应堆热工水力技术重点实验室，四川成都６１００４１；
２．清华大学工程物理系，北京１０００８４）
摘要：偏离泡核沸腾（ＤＮＢ）对于压水堆安全具有重要意义。已有机理模型能否适用于矩形窄缝通道缺乏足够的实验验证。本文基于矩形窄缝通道实验数据，对微液层蒸干模型和汽泡壅塞模型两类ＤＮＢ机理模型进行了计算评价。结果显示：汽泡壅塞模型适用范围较微液层蒸干模型宽；部分热工参数对模型计算性能有系统性影响。随空泡份额的增大，各模型的计算性能均变差，可能是通道几何差异所致。
关键词：矩形窄缝通道；偏离泡核沸腾；模型评
价
中图分类号：ＴＬ３３文献标志码：Ａ文章编号：１０００－６９３１（２０１１）１１－１３１７－０７
ＤＮＢＭｅｃｈａｎｉｓｔｉｃＭｏｄｅｌＡｓｓｅｓｓｍｅｎｔＢａｓｅｄｏｎＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌＤａｔａ
ｉｎＮａｒｒｏｗＲｅｃｔａｎｇｕｌａｒＣｈａｎｎｅｌ
ＺＨＯＵＬｅｉ１，２，ＹＡＮＸｉａｏ１，ＨＵＡＮＧＳｈａｎ－ｆａｎｇ２，ＨＵＡＮＧＹａｎ－ｐｉｎｇ１，ＸＩＡＯＺｅ－ｊｕｎ１（１．ＣＮＮＣＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｎＮｕｃｌｅａｒＲｅａｃｔｏｒＴｈｅｒｍａｌＨｙｄｒａｕｌｉｃｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ６１００４１，Ｃｈｉｎａ；
２．ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＰｈｙｓｉｃｓ，ＴｓｉｎｇｈｕａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８４，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｄｅｐａｒｔｕｒｅｆｒｏｍｎｕｃｌｅａｔｅｂｏｉｌｉｎｇ（ＤＮＢ）ｉｓｉｍｐｏｒｔａｎｔｃｏｎｃｅｒｎｉｎｇａｂｏｕｔｔｈｅｓａｆｅｔｙｏｆａＰＷＲ．Ｌａｃ
ｋｉｎｇａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｂｙｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｄａｔａｐｏｉｎｔｓ，ｉｔ’ｓｄｏｕｂｔｆｕｌｗｈｅｔｈ－ｅｒｔｈｅｅｘｉｓｔｉｎｇｍｏｄｅｌｓｃａｎｂｅｕｓｅｄｉｎｎａｒｒｏｗｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒｃｈａｎｎｅｌｓｏｒｎｏｔ．Ｂａｓｅｄｏｎｅｘ－ｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｄａｔａｐｏｉｎｔｓｉｎｎａｒｒｏｗｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒｃｈａｎｎｅｌｓ，ｔｗｏｋｉｎｄｓｏｆｃｌａｓｓｉｃａｌＤＮＢｍｏｄ－ｅｌｓ，ｗｈｉｃｈｉｎｃｌｕｄｅｌｉｑｕｉｄｓｕｂｌａｙｅｒｄｒｙｏｕｔｍｏｄｅｌ（ＬＳＤＭ）ａｎｄｂｕｂｂｌｅｃｒｏｗｄｉｎｇｍｏｄｅｌ（ＢＣＭ），ｗｅｒｅａｓｓｅｓｓｅｄ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅＢＣＭｈａｓｍｕｃｈｗｉｄｅｒａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｒａｎｇｅｔｈａｎｔｈｅＬＳＤＭ．Ｓｅｖｅｒａｌｔｈｅｒｍａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓｓｈｏｗｓｙｓｔｅｍａｔｉｃａｌｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓｏｎｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄｒｅｓｕｌｔｓｂｙｔｈｅｍｏｄｅｌｓ．Ｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓｏｆａｌｌｔｈｅｍｏｄｅｌｓｄｅｔｅｒｉｏｒａｔｅａｓｔｈｅｖｏｉｄｆｒａｃｔｉｏｎｉｎｃｒｅａｓｅｓ．Ｔｈｅｒｅａｓｏｎｍａｙｂｅａｔｔｒｉｂｕｔｅｄｔｏｔｈｅｇｅｏｍｅｔｒｉｃａｌｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓｂｅｔｗｅｅｎａｃｉｒｃｕｌａｒｔｕｂｅａｎｄｎａｒｒｏｗｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒｃｈａｎｎｅｌ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｎａｒｒｏｗｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒｃｈａｎｎｅｌ；ｄｅｐａｒｔｕｒｅｆｒｏｍｎｕｃｌｅａｔｅｂｏｉｌｉｎｇ；ｍｏｄｅｌａｓｓｅｓｓ－ｍｅｎｔ
收稿日期：２０１０－０８－１３；修回日期：２０１０－１１－２０
基金项目：中核集团青年科技创新团队资助项目
作者简介：周磊（１９８４—），男，四川南充人，博士研究生，核科学与技术专业
１３１８
原子能科学技术 第４５卷
临 界 热 流 密 度 （ＣＨＦ）
是 影 响 核 反 应 堆 安 全 性 和 经 济 性 的 重 要 参 数 。对于过冷或低含汽 率 流 动 沸 腾 ，当 热 流 密 度 达 到 或 超 过 某 临 界 值
时 ，沸 腾 机 制 转 变 （偏 离 泡 核 沸 腾 ，ＤＮＢ）、冷 却 剂 对 流 换 热 系 数 减 小 ，引 起 燃 料 元 件 壁 温 飞
升
， 严 重 的 可 使 燃 料 元 件 包 壳 烧 毁 甚 至 放 射
性 泄 漏
。 板 型燃 料元件结构紧凑 ，有 利 于 提 高 堆 芯 功 率 密 度 、减 小 堆 芯 体 积 ，在 一 些 研 究 堆 、 新 型 核 动 力 堆和国外生产堆中已得 到 应用 。 其 冷 却 剂 流 道 是 一 种 窄 缝 隙 的 矩 形 通 道 。 矩 形 窄 缝 通 道 在 一 些 电 子 设备的冷却中也 有 重 要 应 用 ，因 此 相 关 热 工 水 力 性
质 已 成 为 研 究 热 点
［１－２］
。 矩 形 窄 缝 通 道 的 几 何 形 状 和 几 何 尺 寸 及 加 热 方 式 均 与 常规圆管通道有
较 大 的 差 异 ，是 否 使 得 ＤＮＢ 的 机 理 发 生
改 变 ，是 需 要 研 究 的 课 题 。 本 文 选 取 两 类 主 流 的 ＤＮＢ 机 理 模 型 （包 括 微 液 层 蒸 干 模型和汽泡壅塞 模 型 ）进 行 分 析 比 较 ，开 发 计 算 程 序 ，并将计算结果与已有的矩 形 窄 缝 通 道 实 验 数 据 进 行 对 比 。定 量 考 察 各 模 型 的 性 能 ，以 揭 示 矩 形 窄 缝 通 道 和 常 规 圆 管 通
微液层蒸干模型
模型假设在近 壁 面区 域 存 在 大汽泡以及其 下 微 液 层 （图 １）。 图 中 ，ＬＢ  为 大 汽 泡 长 度 ，ｍ； ＵＢ  为 大 汽 泡 的 运 动 速 度 ，ｍ／ｓ
；微 液 层 厚 度 为 δ，ｍ。模 型 假 设 在 大 汽 泡 掠 过 期 间 微 液 层 因 蒸 发而恰好被完全耗 尽 时临 界 发 生 ，即 有
： １．１  ｆδｈｆｇ ｑｃ ＝ρ ＵＢ
（１） ＬＢ
其 中 ：ｑｃ 为 临 界 热 流 密 度 ，Ｗ／ｍ２
；ρｆ  为 饱 和 液 体 密 度 ，ｋｇ／ｍ３；ｈｆ ｇ为 汽 化 潜 热 ，Ｊ／ｋ 。
ｇ 图 １ 微液层蒸干模型示意图
Ｆｉｇ．１  Ｓｃｈｅｍｅｏｆｌｉｑｕｉｄｓｕｂｌａｙｅｒｄｒｙｏｕｔｍｏｄｅｌ
模 型
ＤＮＢ 的 发 生 机 理 十 分 复 杂 ，文 献 中 提 出 了 多种 与之 相关的机 理或半机理模型 。本 文 仅 选 取 关 注 者 最 多 、影 响 最 大 、具有工程适用价值的 两类 机理 模型进行 介绍和计算评价 。
１ 微液层蒸干模 型 涉及 的 重 要 物理量如微液 层 、大 汽 泡 度 等 均 可 通 过 实 验 观 测 到 。 因 此
受 到众多研究者的关注［３－８
］，不 同 研 究 者 提 出 的
微 液 层 蒸 干 模 型 基 本 假 设 相 同 ，主 要 差 异 体 现 在
表 １ 不同的微液层蒸干模型比较
Ｔａｂｌｅ１ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌｉｑｕｉｄｓｕｂｌａｙｅｒｄｒｙｏｕｔｍｏｄｅｌｓ
比 较 项 目
具 体 内 容
相同点
临界机理
由于蒸发在加热面上形成了许多小汽泡 ，小 汽 泡 不 断 聚 合 形 成 大 汽 泡 ，在 大 汽 泡 掠 过 期 间 其下微液层因蒸发而完全耗尽引起临界
大汽泡形状  厚度为汽泡脱离直径 ，长 度 为 Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ不 稳 定 波 长 临界发生点处于过冷沸腾 ，主流速度服从卡门经典公式
主流性质
主 要 不 同 点
Ｍｕｄａｗａｒ模 型 ［３］
Ｋａｔｔｏ模 型 ［４
－５］
Ｃｅｌａｔａ模 型 ［６－７］
通过对大汽泡轴向和径向受力分析建立微液膜厚度 、大汽泡速度和长度的耦合方程并求解  用经验关系式直接计算微液膜厚度 ；借助实验数据拟合出大汽泡与主流体速度的倍数因子  基于过热层概念求得液膜厚度 ，通过汽泡轴向受力分析建立大汽泡速度和主流速度的关系  Ｉｎａｓａｋａ模 型 ［８］
利用大汽泡两侧波长相等求得大汽泡的速度 ，通过汽泡轴向受力分析反求局部主流速度从  而确定汽泡中心所在位置 ，最终得到液膜厚度
第１１期 周 磊 等 ：基于矩形窄缝通道实验数据的 ＤＮＢ
机 理 模 型 评 价 １３１９
汽
泡 壅 塞 模 型 模型 假设由于 热量的加入使得加热壁面附 近 逐 渐 发 展 一 汽 泡 层 ，由 于 湍 流 交 混 作 用 ，汽 泡
层和 中心 主流体在 交界面上存在质量和能量的 交 换（图 ２）。 其 中 ，Ｇ１、Ｇ２  分别为临界点主流
区 和 汽 泡 区 的 质 量 流 速 ，ｋｇ／（ｍ２
·ｓ）；Ｇ３  为
自 主 流 区 向 汽 泡 区的横向质量流速 （由 湍 流 脉 动 引 起），ｋｇ／（ｍ２
·ｓ）；Ｇ４  为 自 汽泡区向主流区的 横 向 质 量 流 速 ，ｋｇ
／（ｍ２
·ｓ）；在 临 界 发 生 点 二 者 相 等 ，记 作 Ｇ＊ 。 模 型 假 设 当 汽 泡 区 空 泡 份 额 达 到 某 一 临 界 值α２  时 ，中 心 冷 流 体 不 能 有 效
冷 却 加 热 壁 面 ，发 生 临 界 。
汽 泡 壅 塞 模 型 主 要 有  Ｗｅｉｓｍａｎ 模 型［
９－１１］ 和 Ｋｗｏｎ模 型［１
２－１３］两 个 系 列 。表２列 出 了 两 个 系 列 间 的 主 要 异 同 点
。 表 ２ 中 ，ｈ 为 流 体 比 焓 ，Ｊ／ｋｇ；ｘ 为 含 汽 率 ； 下 标 １ 和 ２ 分 别 表 示 主 流 区 和 汽 泡 区 ，下 标ｌ、 分别 表示液相和汽相 ；ｘ为 平 衡 含 汽 率 。 表 ２ 显 示 两 个 汽 泡 壅 塞 模 型 基
本 假 设 和 控
制
方 程 均 相 同 ，只 是 对 于 湍 流 横 向 交 混 质 量 流 速 和 临 界 空 泡 份 额 这 两 个 重 要 中 间 变 量
的 求 解 不 同
。 １．２ 图 ２ 汽泡壅塞模型示意图
reactor technology
Ｆｉｇ．２  Ｓｃｈｅｍｅｏｆｂｕｂｂｌｅｃｒｏｗｄｉｎｇｍｏｄｅｌ
表 ２ 不同汽泡壅塞模型比较
Ｔａｂｌｅ２ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｂｕｂｂｌｅｃｒｏｗｄｉｎｇｍｏｄｅｌｓ
比 较 项 目
具 体 内 容
相同点
基本假设
流场分为边界汽泡区和中心主流区 ，由 于 湍 流 作 用 在 界 面 上 存 在 质 能 横 向 交 换 ，当 汽 泡 层 中的汽泡足够密集时 ，汽泡阻碍了冷流体冷却加热面 ，ＣＨＦ 发 生
控 制 方 程
ｑｃ＝Ｇ＊ （ｈ２－ｈ１）＝Ｇ＊ ［ｈｆ（１－ｘ２）＋ｈｇｘ２－ｈｌ（１－ｘ１）－ｈｇｘ１］
主 要 不 同 点
Ｗｅｉｓｍａｎ模 型
α２＝０．
８２ 通 过 湍 流 分 析 ，建 立 Ｇ＊ 和通道质量流速的经验关系式 ，引入了两个经验常数
Ｋｗｏｎ模 型
α２＝０．８３－０．２９ｅｘｐ（－４．７１ｘｅ－１．８９
） 通过联立汽泡区和主流区的动量方程求解横向湍流质量流速 Ｇ＊ ，未引入经验常数
模 型 评 价
模
型 评 价 数 据 和 方 法 微 液 层 蒸 干模 型适 用于 过冷沸腾临界工  的 质 量 流 速 ，ｋｇ／（ｍ２
·ｓ）；ρ
ｆ  和ρ  分 别 为 饱 和 ２ ｇ 液体和蒸汽的密度 ，ｋｇ／ｍ３；Ｄｈ为 通 道 水 力 学 直 径 ，ｍ；ｇ 为
重 力 加 速 度 ，即 ９．８１ ｍ／ｓ２
。 本 文共收集到矩形通 道双面均匀加热
ＣＨＦ 实 验 数 据 ６０３组 ，并 据 此 建 立 了 ３
个 模 型 评 价 数 据 库 ，即 过 冷 沸 腾 数 据 库 Ⅰ、Ｗａｌｌｉｓ公 式
ＤＮＢ 数 据 库 Ⅱ、汽 泡 壅 塞 模 型 数 据 库 Ⅲ （表 ３）。 从 表 ３
可 看 出 ，汽 泡壅塞模型的 应 用范围 很 宽 ，收集到的实验 数 据 工 况 有 ９６．４％ 在 该 类 模型的计算能力之内 。
２．１ 况 ，汽 泡 壅 塞 模 型 要 求 临 界 点 截 面 平 均 空 泡 份
额 不 大 于 ０．８。而 工 程 应 用 中 常 以 环 状 流 起 始 点 判 据 来 区 分 高 含 汽 率 与 中 低 含 汽 率 ，如
０．６＋０．４ 槡ｇＤｈ（ρｆ －ρｇ）ρｆ／Ｇ （２
） ｘａｎ  ＝ ０．６＋ 槡ρ
ｆ／ρｇ 其 中 ：ｘａｎ 为 环 状 流 开 始 时 的 含 汽 率 ；Ｇ 为 通 道
１３２０
原子能科学技术 第４５卷
表 ３ 模型评价数据库
Ｔａｂｌｅ３  Ｄａｔａｂａｓｅｓｆｏｒｍｏｄｅｌｅｖａｌｕａｔｉｏｎ
数 据 库
压 力／ＭＰａ 质 量 流 速／ （ｋｇ
·ｍ－２·ｓ－１） 临 界 含 汽 率 ＣＨＦ／（ＭＷ·ｍ－２） 数 据 总 数 １１８（２０．０％） １２．１～１７．２ １１８０～３７１１ －０．３２３～０ ２．２７７～６．４７１ Ⅰ ３８５（６３．８％） Ⅱ
１２．０～１７．２ ５５２～３７１１ －０．３２３～０．２２６ １．４４５～６．４７１ ５８１（９６．４％）
Ⅲ
１１．８～１７．２
２８０～３７１１
－０．３２３～０．６５７
０．６６２～６．４７１
注 ：括号内数字表示该数据子库实验数据占全部实验数据的百分比
为 便 于 模 型 评 价 ，定 义 如 下 统 计 参 量 。 模 型 计 算 偏 差 为 ：
全 部 大 于 实 验 值 且 散 度 较 大 ，在 ４ 个 微 液 层
蒸
干模型中性能最差 。
ＣＨＦＲｉ ＝ ［ｑ ｉ ｃ
，ｃａｌ ］ （３） ｑｃｅｘｐ
， 即模 型计 算的临界 热流密度与实验值之比 。
模 型 平 均 偏 差 为 ：
Ｎ
μ ＝ １ （４
） ＣＨＦＲｉ Ｎ∑ ｉ＝１
其 中 ：Ｎ 为
样 本 总 数 。 标 准 偏 差 为 ：
Ｎ １ （μ－ＣＨＦＲｉ）２ （５） σ ＝ Ｎ －１∑
槡
ｉ＝１ 微
液 层 蒸 干 模 型 比 较 分 析 对 于 过 冷 沸 腾 的 数 据 （数 据 库 Ⅰ），各 模 型
的 计 算 值 和 实 验 值 的 对 比 示 于 图 ３。 从 图 ３ 可 看 出 ，Ｉｎａｓａｋａ模 型 预 测 精 度 最 高 ，全 部 计 算 结 果 分 布 在 ±２０％以 内 ，Ｃｅｌａｔａ模 型 次 之 ，但 这 两 种 模 型 的 计 算 值 均 小 于 实 验 值 。对 较 小 的 临 界
热 流 密 度 ，Ｍｕｄａｗａｒ模 型 计 算 结 果 偏 高 ，对 较 大的临界热流密 度 ，计算结果又偏低 ；Ｋａｔｔｏ
模 型 ２．２ 图 ３ Ｆｉｇ．
３ 微液层蒸干模型计算结果和实验值的对比
ＣｏｍｐａｒｉｓｏｎｂｅｔｗｅｅｎＬＳＤ ｍｏｄｅｌｒｅｓｕｌｔｓａｎｄ ｅｘｐ
ｅｒｉｍｅｎｔａｌｄａｔａ 图 ４ 显示了微液层蒸 干模型计算偏差  （ＣＨＦＲ）随 出 口 平 衡 含 汽 率 的 分 布 。４ 个
模 型 对 于 数 据 库 Ⅰ、Ⅱ的 计 算 结 果 统 计 量 列 于 表 ４。
图 ４  ＣＨＦＲ
随出口含汽率的分布 Ｆｉｇ．４  ＣＨＦＲｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｇａｉｎｓｔｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍｑｕａｌｉｔｙ
第１１期 周 磊 等 ：基于矩形窄缝通道实验数据的 ＤＮＢ 机 理 模 型 评 价 １３２１
表 ４ 微液层蒸干模型计算结果
汽泡壅塞模型 比
较 分 析 两个汽泡壅塞 模 型的 计 算 结 果和实验值的 对 比 示 于 图 ５。 从 图 ５ 可 看 出 ，Ｗｅｉｓｍａｎ 模 型 计 算 结 果 总体上稍大于实验值 ，Ｋｗｏｎ 模 型 总 体上稍小于实验值 。Ｋｗｏｎ 模 型 对 于 较 大 的 临 界 热 流 密 度 预 测 较 好 ，对于临界热流 密 度较低 的 工 况 ，有 的 预 测 结 果 误 差 超 出 了 －２０％（
主 要 是 ２００ ｍｍ 板 长 数 据 ）。 两 模 型 计 算 结 果 的 统 计 参 数 列 于 表 ５。 从 表 ５ 可 看
出 ，两 模 型 预 测 结 果 的 标 准 差 、ＣＨＦＲ 分 布 带 宽 及 ±２０％ 以 内 的 数 据 份 额 均 很 接 近 。 但 对 于 数 据 库
Ⅱ， Ｋｗｏｎ 模 型 对 超 过 ９７％ 的 数 据 预 测 精 度 达
２．３ Ｔａｂｌｅ４  ＣａｃｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｏｆＬＳＤ ｍｏｄｅｌｓ
±２０％以内 统 计 参 数
σ ＣＨＦＲ
μ
数据份额／ ％
Ｍｕｄａｗａｒ模 型  Ⅰ  １．００５ ０．１９３ Ⅱ  １．２８５ ０．３９８ ［０．７７９，１．７３２
］ ［０．７７９，２．６８２
］ ［１．０５５，２．３４８］ ［１．０５５，３．５２４］ ［０．７４６，０．９７４］ ［０．３
４３，０．９７４］ ［０．８２９，０．９９６
］ ［０．４９２，０．９９６
］ ８５．６ ５１．７ Ｋａｔｔｏ模 型
Ⅰ  １．４２６ ０．３０３ Ⅱ  １
．９０６ ０．５１１ Ⅰ  ０
．８７６ ０．０４６ Ⅱ  ０
．７７９ ０．０９９ Ⅰ  ０．９４１ ０．０３７
Ⅱ  ０
．８４９ ０．０９２ ３３．９ １０．４ Ｃｅｌａｔａ模 型
９１．５ ４３．９ １００ ７５．３
Ｉｎａｓａｋａ模 型 从 图 ４可 看 出 ，Ｍｕｄａｗａｒ模 型 对 于 ８５．６％ 的 过 冷 沸 腾 临 界 数
据 的 计 算 精 度 在 ±２０％ 以 内 ，平 均 偏 差 为 １．００５，在 ４ 个 微 液 层 蒸 干 模 型 中 最 接 近１．０。但 出 口 含 汽 率 对 ＣＨＦＲ 的 分 布
有 明 显 的 趋 势 性 影 响 。当出口欠热度减小或含
汽 率 增 高 时 ，ＣＨＦＲ 总 体 变 大 ，散 度 增 加 ，对 于 数 据 库 Ⅰ，ＣＨＦＲ 最 大 值 为 １．７３，
对 于 数 据 库 Ⅱ，ＣＨＦＲ 最 大 值 已 达 ２．６８。 Ｋａｔｔｏ 模 型 ＣＨＦＲ 的 分 布 趋 势 与  Ｍｕｄａｗａｒ 模 型 的 很 类 似 ，当 含 汽 率 大 于 －０．１ 后 ，ＣＨＦＲ 迅 速 增 大
， 对 于 两 个 数 据 库 其 最 大 值 分 别 达 ２．３５和３．５２
。 模 型 的 预 测 值 始 终 大 于 实 验 值 ，平 均 偏 差 达
１．４３和 １．９１，只 有 ３３．９％的过冷沸腾临界数据
的 计 算 精 度 在 ±２０％以 内 。这 是 因 为 Ｋａｔｔｏ模
型中 重要 中间变量 均采用圆管实验数据拟合得 到 ，限制了模型的通 用 性 。Ｃｅｌａｔａ 模 型 对 于
９１．５％ 的 过 冷 沸 腾 临 界 数 据 的 计 算 精 度 在 ±２０％以 内 ，且 模 型 计 算 结 果 标 准 差 （分 散 度 ） 较 小 ，仅 为 ０．０４６。 但 模 型 的 计 算 值 全 部 小 于 实 验 值 ，且 随 着 出 口 欠 热 度 的 减 小 ，ＣＨＦＲ 总
体 上 有 单 调 减 小 的 趋 势 。对 于 数 据 库 Ⅱ饱
和 沸 腾 临 界 工 况 ，ＣＨＦＲ 最 小 值 达 ０．３４。 这 主 要 是 因模 型中 求解过热 层厚度时采用了圆管内过冷 液 体 温 度 分 布 公 式 ，当 出 口 达 饱 和 后 ，管 内 温 度 分 布 与 该 公 式 不 符 。Ｉｎａｓａｋａ 模 型 的 计 算 性 能 最 好 ，全 部 过 冷 沸 腾 临 界 数 据 的 计 算 精 度 在
±２０％以 内 ，标 准 偏 差 为 ０．０３７
。 但 模 型 的 计 算 值 均 小 于 实 验 值 ，ＣＨＦＲ 同 样 随 着 含 汽 率 的 增 加 有 单 调 减 小 的 趋 势 。对 于 数 据 库 Ⅱ饱
和 沸 图 ５ 汽泡壅塞模型计算值和实验值对比 Ｆｉｇ．５  Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｂｅｔｗｅｅｎｂｕｂｂｌｅｃｒｏｗｄｉｎｇｍｏｄｅｌ
ｒｅｓｕｌｔｓａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｄａｔａ
表 ５ 汽泡壅塞模型计算结果
Ｔａｂｌｅ５  Ｃａｃｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｏｆｂｕｂｂｌｅｃｒｏｗｄｉｎｇｍ
ｏｄｅｌｓ ±２０％以内 统 计 参 数
ＣＨＦＲ
σ
μ
数据份额／％
Ｗｅｉｓｍａｎ模 型  Ⅲ  １．０８６ ０．１１６  ［０．６３８，１．２９０］
Ⅱ  １．
１４０ ０．０６７  ［０．８６３，１．２９０］ Ｋｗｏｎ模 型    Ⅲ  ０．８９７ ０．１１９  ［０．４４３，１．１４７］ ８６．７ ８６．２ ８４．３
Ⅱ
０．９４９ ０．０７２    ［０．６０８，１．１４７］    ９７．４  两个模型计算 偏 差随 着 压 力 、质 量 流 速 、含
汽率及加热长度的 分 布 示 于 图 ６。 从 图 ６ 可 明 显 看 出 ，Ｋｗｏｎ 模型计算结果较 实 验值总体偏 低 ，Ｗｅｉｓｍａｎ模 型 则 相 反 ；在所选实验数据参 数 范 围 内 ，压 力 对 模 型 计 算 偏 差 未 见 明 显 影
响
； 质 量流速对两 模型计算偏差 有 单调性 影响 ，趋
：
，

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