水平管內(nèi)流動(dòng)沸騰不穩(wěn)定性特征及其調(diào)控研究.pdf

1、流動(dòng)沸騰不穩(wěn)定是一種常見的管內(nèi)汽液兩相流現(xiàn)象，對工業(yè)設(shè)備的安全運(yùn)行存在著諸多不利影響，通常在火電、核電、制冷劑系統(tǒng)等熱負(fù)荷與質(zhì)量流率較大的豎直管中較為顯著，而在以太陽能直接蒸汽發(fā)生系統(tǒng)（DSG）水平集熱管為代表的低熱流（幾百至幾千W/m2）、低質(zhì)量流率（幾十kg/m2s）場合也不容忽視，由于不同于豎直管，低質(zhì)量流率條件下的水平管內(nèi)流動(dòng)沸騰不穩(wěn)定伴隨著明顯的汽液分層，加劇了管壁軸向與周向溫差，更易引發(fā)熱應(yīng)力破壞，管道蒸干甚至燒毀等嚴(yán)重問題

2、。因此，本文對水平管內(nèi)低熱負(fù)荷、低質(zhì)量流率條件下的流動(dòng)沸騰不穩(wěn)定現(xiàn)象特征與調(diào)控抑制展開研究，具有重要的實(shí)踐意義和應(yīng)用價(jià)值。
　　為了厘清低熱流、低流速下流動(dòng)沸騰不穩(wěn)定特征，本文首先設(shè)計(jì)、搭建了水平管流動(dòng)沸騰實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)研究了工況參數(shù)以及系統(tǒng)特性對不穩(wěn)定現(xiàn)象的影響規(guī)律，得到了工況范圍內(nèi)無量綱不穩(wěn)定性邊界圖，結(jié)果指出：流動(dòng)沸騰不穩(wěn)定現(xiàn)象對旁通流量調(diào)節(jié)閥較為敏感，旁通閥開度較大時(shí)，系統(tǒng)參數(shù)波動(dòng)更為劇烈；熱負(fù)荷越大、過冷度越小時(shí)，參數(shù)波

3、動(dòng)幅度越大，但過冷度對壁溫的影響呈非線性。
　　此外，水平管內(nèi)低熱負(fù)荷低質(zhì)量流率條件下發(fā)生流動(dòng)沸騰不穩(wěn)定現(xiàn)象時(shí)，相比于下半管，上半管壁溫更高且波動(dòng)更為劇烈；且相比于飽和沸騰段，入口過冷沸騰段壁溫波動(dòng)振幅更大，二者做反相波動(dòng)，更易增大軸向溫差。
　　在此基礎(chǔ)之上，以主動(dòng)改變熱負(fù)荷分布方式與在實(shí)驗(yàn)段（銅管）外加裝石墨蓄熱套管為調(diào)控手段，采用對比實(shí)驗(yàn)的方法進(jìn)一步研究了其對流動(dòng)沸騰不穩(wěn)定現(xiàn)象的調(diào)控作用，結(jié)果表明：（1）、高過冷度下，

4、采用沿流動(dòng)方向熱負(fù)荷逐漸遞增的加熱方式，壓降特性曲線的負(fù)斜率段斜率較小，對壁溫波動(dòng)改善明顯，低過冷度下無明顯影響。因此，過冷度較大時(shí)，采用該種方式不僅能抑制流動(dòng)沸騰不穩(wěn)定現(xiàn)象，還能在一定程度上降低管內(nèi)發(fā)生沸騰不穩(wěn)定現(xiàn)象時(shí)的壓降。（2）、在實(shí)驗(yàn)段（銅管）外加裝石墨蓄熱套管能起到均勻管壁溫差的作用，相比于光管，加裝6mm壁厚與加裝12mm壁厚石墨套管的入口段周向截面溫差分別下降了44.79％與33.99%，軸向溫差分別下降了13.74%與1