基于Mask R-CNN的10×10棒束子通道内气泡分布特性实验研究

来源：核动力工程杂志2025年第5期北京时间：

作者：孙纽佳, 张恒, 杭芹, 汪文聪, 刘才学, 张培来, 李佳怡, 汪相帆

单位：1.重庆邮电大学计算机科学与技术学院，重庆，400065；2.中国核动力研究设计院，成都，610213；3.核电运行研究有限公司，上海，200120；

摘要：棒束结构广泛应用于反应堆堆芯及蒸汽发生器等关键设备中，其子通道内气泡的几何和物理参数在传质和传热过程的数值预测中起着至关重要的作用。本文对10×10棒束子通道内空气-水两相流行为开展实验研究，利用高速计算成像结合Mask R-卷积神经网络（CNN）研究了不同高度下气体流量和喷嘴直径对气泡尺寸和形态及空泡份额等特征参数的影响。研究结果表明，在窄间隙约束下，约45%的气泡保持稳定的扁椭球形态，当喷嘴直径达到0.3 mm时，约30%的气泡发生显著变形。受限于间隙空间，气泡直径在1.8~2.2 mm附近达到最大值，但随着进气量和喷嘴直径的增大，气泡生成频率增加，空泡份额随之上升。气泡上升过程中直径略有增大，但数量沿轴向衰减，最终导致空泡份额减少。

关键词：两相流, 棒束通道, 气泡参数分布, 深度学习, 空泡份额

基金资助：核反应堆系统设计技术重点实验室基金（LRSDT12023108）；国家自然科学基金（12005030）