Abstract
本文以雙相流漂移通率模式並考慮次冷沸騰效應與雙相流譜變化，發展沸騰通道穩態與非線性動態分析模式，探討自然循環沸騰通道穩態狀況下水動力與熱傳特性，及動態振盪機制與穩定性特質。經由與文獻的實驗數據比較結果相當良好，說明了此一包含次冷沸騰效應與雙相流譜變化的雙相流漂移通率模式探討自然循環沸騰通道的正確性。本研究穩態模式方面，推導出可以決定自然循環沸騰通道質量流率的方程式。經由分析發現，考慮雙相流譜變化與否確實影響自然循環系統質量流率，進而影響其他穩態特性，顯示雙相流譜在探討自然循環系統特性的重要性。並且觀察到在自然循環沸騰通道相同壓降條件下，多重解區域之不同的質量流率各自產生不同的複雜流譜結構，造成複雜的水動力與熱傳現象。在非線性動態理論模式方面，本研究以加勒欽(Galerkin)節點近似分析方法將雙相流非線性偏微分方程式轉換為一組非線性常微分方程式，據此探討極限循環與非線性振盪特性。分析結果顯示本文驗證案例之強制循環系統穩定性邊界附近有極限循環帶存在的現象，而本研究所探討的自然循環沸騰通道穩定性邊界附近沒有極限循環帶存在，顯示其與系統的特性及操作參數有關。在密度波振盪發生時，密度波振盪的傳遞機制以一有限速度運動的形式由單相區往雙相區傳遞，造成上游與下游間的參數振盪存在相位時間差的延遲。一旦系統存在多重穩態起始解，在穩定區域與極限循環振盪狀況下，因為流譜轉換機制使高入口流速穩態起始解趨向低入口流速穩態起始解的振盪方式前進，這二個穩態起始解以反相振盪方式趨於定值或極限循環振盪；在不穩定區域，因為密度波不穩定振盪伴隨流譜轉換鬆弛振盪，系統振盪行為會在這二個穩態起始解範圍間交互循環振盪。