水平環(huán)形窄縫流道內(nèi)流動過冷沸騰換熱機理的理論和實驗研究.pdf

1、本文研究了水平環(huán)形窄縫發(fā)生過冷流動沸騰時的換熱性能，分析了影響過冷沸騰換熱的因素，得到了關(guān)于以蒸餾水為傳熱工質(zhì)時的經(jīng)驗關(guān)聯(lián)式。通過和單相對流換熱關(guān)系式的比較，發(fā)現(xiàn)環(huán)形窄縫過冷流動沸騰換熱能力顯著增強。本文嘗試采用理論分析的方法來得到關(guān)于水平環(huán)形窄縫流道流動過冷沸騰的半經(jīng)驗關(guān)系式。 本文利用作者自主設計安裝的可移動多功能熱工實驗裝置，以蒸餾水為工質(zhì)，采用低電壓大電流直接加熱方式，首次完成了在全程可視環(huán)境下，對低壓下水平環(huán)形窄縫中過

2、冷流動沸騰換熱及其氣泡行為等問題進行了實驗研究。 在實驗的基礎(chǔ)上分析了影響過冷沸騰換熱效率的各種因素。實驗結(jié)果表明：在實驗參數(shù)范圍內(nèi)，過冷沸騰換熱系數(shù)隨著主流過冷度的降低而升高，隨著窄縫寬度的減小而增加，隨著壁面熱流密度的增加而增加。質(zhì)量流速對過冷沸騰換熱系數(shù)的影響比較復雜，流速的增加對換熱系數(shù)的影響并不總是正向的。過熱度和系統(tǒng)壓力的影響較小。 通過可視化觀察，結(jié)合實驗結(jié)果及理論分析發(fā)現(xiàn)，在發(fā)生過冷沸騰窄縫流道內(nèi)，不同階

3、段的主要的強化機理是不同的。根據(jù)機理的不同大致可以分為三個區(qū)域：在ONB點后的一段高過冷區(qū)域里，汽泡核化導致?lián)Q熱強度比單相對流有所增加，觀察到的特征是氣泡非常微小，甚至肉眼很難識別，更別說脫離了；隨著氣泡的逐漸增多、長大，氣泡開始逐步脫離加熱面，此時，氣泡的頻繁脫離進一步增加了換熱強度，觀察到的特征是肉眼可以看到大量氣泡快速生成、脫離、破裂；在FDB點前后，變形氣泡使得緊貼加熱壁面的過熱微液膜變薄，極大地強化了換熱，觀察到的特征是氣泡較

4、大，氣泡密度增加，擾動劇烈，甚至可以觀察到氣泡的碰撞、融合等現(xiàn)象。這三種機理并不是絕對單獨存在，可以以某種規(guī)律組合在一起起作用。 在上述實驗結(jié)果和分析的基礎(chǔ)上，對實驗數(shù)據(jù)進行多元回歸，得出了計算過冷沸騰換熱系數(shù)的經(jīng)驗關(guān)聯(lián)式。本文提出，在準則方程中應考慮環(huán)形窄縫流道的幾何特征對流動換熱的影響，加入了無量綱流道形狀因子，通過比較擬合方程的統(tǒng)計學指標發(fā)現(xiàn)，加入無量綱流道形狀因子后，擬合方程的相關(guān)性指標大大增加，最大擬合殘差有顯著減小，

5、證明了加入無量綱流道形狀因子的合理性。通過對過冷流動沸騰的全程可視化觀察發(fā)現(xiàn)，與其他形狀的流道相比，水平環(huán)形窄縫流道中的氣泡行為有明顯的上下分區(qū)現(xiàn)象。氣泡首先在流道的底部生成，順著水流方向逐漸彌滿整個加熱表面。氣泡的其它行為特征，如脫離頻率、脫離半徑、滑移和融合的程度都隨著位于流道上部和下部而不同。 本實驗的實驗參數(shù)為：系統(tǒng)壓力0.15~0.21MPa，質(zhì)量流量＝55.4~515.6kg/(m2·s); 熱流密度 =49.843