核电厂中的主管道上连接着数量众多的支管,当主管道内流过高温流体时会在支管内产生湍流渗透现象。由于这一现象涉及到的影响因素众多,并且支管内的流动十分复杂,目前,关于湍流渗透的形成机理研究者们并没有一个通用的解释。本文主要通过构建滞止支管内湍流渗透可视化实验台进行实验研究,分别对支管管径、支管布置方式、主管流体流速、主支管流体是否存在温差等影响湍流渗透长度的因素进行研究。并且通过对选定的实验工况进行数值模拟计算,来解释湍流渗透现象中由螺旋流导致的温度波动机理。当主支管间不存在温差时,拟合得到在主管为矩形截面通道条件下湍流渗透长度和雷诺数Re的实验关联式,并与现有研究进行对比。当主支管间存在温差时,温差会阻碍湍流渗透现象,且温差越大,湍流渗透长度降低越多。引入主支管流体的运动粘度比vm/vb来在实验关联式中表征温差对湍流渗透长度的影响。实验结果表明将主支管沿流向夹角由90°改为45°并没有明显改变湍流渗透长度。当主管换成圆管时,实验结果表明主支管管径比为4.5时的湍流渗透长度已与主管为矩形截面通道没有差别。支管水平布置和竖直向上布置的情况支管内的湍流渗透现象均与支管竖直向下布置不同。对于主支管流体间存在温差的情况,固定主管流速,随着时间推移最终支管内所有流体温度会与主管一致,不会形成热分层,管壁也不会发生温度波动。当与主管相连的支管为弯支管时,弯支管的弯头部分对湍流渗透长度的增长具有较为明显的削弱作用,并且在弯头处有很明显的温度波动。采用大涡模拟(Large Eddy Simulation,LES)湍流模型进行数值模拟计算,得到的数值模拟结果与实验结果吻合程度较好。模拟结果显示,在渗透发展的开始阶段,整个支管流场受到空穴流主导,流动发展到最后会出现具有一定周期性的大螺旋流,湍流渗透长度的变化受到螺旋流的控制,螺旋流的流动方向和转动方向在所有模式都是随机的,因而出现不规律的上下震荡。同时螺旋流也会导致温度波动。