管束热混合结构

温度均匀性提升

不同构型的管束结构通过特定的流动机制显著增强热混合，用于压平一次侧流动的温度不均匀性。

Yunhao, Luo · Xie, Xiaoyang · Zhao, Houjian · 李晓伟 · 吴莘馨

International Journal of Heat and Mass Transfer 2026

参数信息

佩克莱数

1

佩克莱数

15

佩克莱数

5

技术优势

混合强化一个量级

S/D=1.25 的管束 Pe 低至 1 左右，比 S/D=1.58（15–30）和 S/D=1.88（5–20）低一个量级，直接反映在温度不均匀度的大幅压平上。

三维流动是关键

激光诱导荧光和粒子图像测速揭示了 S/D=1.25 管束中出现浓度峰漂移和偏流，说明伴随的三维流动结构显著增强了标量混合。

周期性尾涡振荡

在 S/D=1.58 和 1.88 管束中，归一化雷诺剪切应力与速度谱的对比证实周期性尾涡振荡是 S/D=1.88 混合效果更强的关键原因。

可预测 Pe 的关联式

基于覆盖 5000–40000 雷诺数和七种构型的实验数据库，提出了预测不同管束构型下 Pe 的关联式，设计者可直接用于评估混合能力。

应用场景

• 蒸汽发生器设计：用 Pe 关联式在概念设计阶段筛选管束排布，避免温度不均匀拉高峰值运行温度。
• 核反应堆热工水力：以标量混合实验数据验证热工水力分析中的混合模型，改进堆芯旁流温度预测。
• 换热器优化：针对目标 Re 数选择 Pe 更低的管束构型，在不增加压降的前提下提升温度均匀性。