矩形窄通道內(nèi)過冷流動沸騰汽泡行為研究.pdf

1、矩形窄通道由于其幾何結(jié)構(gòu)的緊湊性和較高的換熱效率，近年來在核動力設(shè)備等高新科技領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，這也要求更加深入研究窄通道內(nèi)的的流動和傳熱規(guī)律。本文采用高速攝影的方法對矩形窄通道內(nèi)過冷流動沸騰時的汽泡行為進行了可視化實驗研究。
　　實驗在閉式回路中進行，工質(zhì)為去離子水。通過調(diào)整系統(tǒng)壓力、加熱板熱流密度、主流質(zhì)量流速和入口過冷度等熱工參數(shù)，得到不同工況下的汽泡核化、生長、脫離和滑移等行為的實驗數(shù)據(jù)。同時為了模擬一定的海洋條件，

2、還進行了不同傾斜角度下的過冷流動沸騰實驗。本文在同一工況下選取典型汽泡作為研究對象，經(jīng)過圖像數(shù)據(jù)處理和理論分析，總結(jié)了汽泡演化過程的相關(guān)特點和影響機制，提出了汽泡生長和脫離過程的預(yù)測模型，并通過實驗數(shù)據(jù)對模型進行了驗證。
　　研究發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)壓力對窄通道內(nèi)過冷沸騰汽泡直徑尺寸和滑移距離影響很大。較低壓力（p<0.3MPa）下汽泡的最大直徑較大，滑移距離很短，有完整的生命周期。較高壓力(p>0.5MPa)下汽泡的滑移直徑很小，汽泡在核

3、化點產(chǎn)生后立即脫離，并沿加熱壁面持續(xù)滑移；汽泡的最大直徑或滑移汽泡的直徑通常會隨熱流密度的增加而增大，隨主流入口過冷度或質(zhì)量流速的增加而減小，但當壁面核化點密度增多時，對流換熱作用增強，汽泡核化換熱量占總換熱量的比率降低，汽泡最大直徑或滑移汽泡直徑由加熱壁面熱流密度和核化點密度共同作用決定。在較低壓力某些低過冷度工況下，核化點處的產(chǎn)汽頻率會明顯增加，此時汽泡的最大直徑較小。
　　本文采用無量綱化的方法分別對較高壓力和較低壓力條件下

4、的汽泡生長建立了分區(qū)模型和指數(shù)模型，模型與實驗數(shù)據(jù)符合較好，但其應(yīng)用具有一定的局限性。隨后本文在Zuber模型的基礎(chǔ)上引入無量綱數(shù)Ja數(shù)、Bo數(shù)、Re數(shù)和θ，建立了新的汽泡生長模型，該模型可以全面地描述實驗通道尺寸和不同熱工參數(shù)對汽泡生長的影響，具有更好的普遍適用性。
　　不同系統(tǒng)壓力條件下汽泡的受力特征有所不同，較低壓力下浮力占主導作用，隨著傾斜角度的增大，汽泡更容易從加熱壁面浮升；而較高壓力時表面張力占主導作用，傾斜角度對汽泡