密度波型脉动

1密度波型脉动介绍两相流动不稳定性可分为静态流动不稳定性和动态流动不稳定性，其中占据主导地位的即为密度波型脉动（densitywaveoscillations），有时又称为密度波不稳定性（densitywaveinstability）。这是一种在沸腾通道中由于流量、空泡份额（或流体密度）以及压降之间相互发生反馈作用而产生的低频脉动现象。对于一个固定形状的通道来说，其中的流体流动特性一般受到四种边界条件的限制，分别为：入口热边界条件、管壁热边界条件、压力边界条件和流体力学边界条件。对于正在被加热的通道，通常还受到两个内部边界条件的影响：沸腾边界条件（用以判别液态单相流动和气液两相流动）和蒸发边界条件（用以判别气液两相流动和气态单相流动）。沸腾通道和这些相关的边界条件形成一个复杂的具有动态特性的热工水力系统。当单相流体由通道的入口进入，在向出口流动的过程中，由于不断被外界加热，产生蒸汽，其状态依次为液态单相流动、泡状流、塞状流、环状流、雾状流和气态单相流动。假设流入通道的流体入口焓值、加热功率和通过沸腾通道的总压降不变。若沸腾通道的入口受到扰动，入口流量发生瞬时波动减少，因为加热功率保持不变，靠近入口处的焓升会增大，设变化量为δh。焓升增大，则在单相流动区域压降增大，设变化量为δ△P1λ；在两相流动区域压降同样增大，设其为δ△P2λ；同时，由于焓升增大，蒸发率增大，产生更多蒸汽，从而使空泡份额增大，设为δα。空泡增多，在两相流动区域将会产生更强烈的扰动，从而使两相流区域压降增大，设其为δ△P2a。同时，设空泡份额变化而导致的单向流动区域的压降变化为δ△P1a。而由于通过沸腾通道的总压降保持不变，从而有(δ△P1λ+δ△P1a)+(δ△P2λ+2δ△P2a)=0设δ△P1λ+δ△P1a=δ△P1，δ△P2λ+δ△P2a=δ△P2，则δ(△P1+△P2)=0。所以由于两相流动区域扰动而产生的压降变化会导致单相流动区域产生相反的压降变化，单相流动区域压降减小，反馈到入口的流体流动即为入口流量增大。入口流量增大，则会导致与上述过程相反的过程，最终反馈到入口的变化即为入口流量减小。在一定的边界条件下，以上过程将会循环发生，产生自持震荡，即流体密度（或空泡份额）发生周期性变化。这种由于扰动而导致的两相混合物密度发生的周期性变化称为密度波型脉动或称为密度波不稳定性。密度波型脉动为低频脉动，频率通常小于1Hz，通常情况下其脉动周期为流体流经加热流道所需时间的1～2倍。