低壓低流速條件下的過冷沸騰換熱特性.docx

1、泉子前科學(xué)技2QE8*F(ex-8低壓低流速條件下的過冷滯騰換肱特ttBOOOifKOE«OSifOI£OIJ)H成荀at東降i是大學(xué)故妄至與仿真技術(shù)網(wǎng)飭重點(diǎn)學(xué)科實(shí)驗(yàn)室jta監(jiān)木隔4K=；">sGOD1>摘要為探究低壓低流速條件下的過冷沸騰換熱特性折展本實(shí)驗(yàn)研究通過分析實(shí)驗(yàn)中采集的熱工參數(shù)和可視化圖像捺究了沸騰滯后現(xiàn)象碧騰失穩(wěn)現(xiàn)象以及沸騰換熱特性實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)沸騰起始點(diǎn)壁面過熱度較高而沸騰的發(fā)生大幅提高了換熱系數(shù)用此出現(xiàn)了顯著的沸騰滯后現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)中較為光滑的加熱面可達(dá)到較高的過熱度而低壓下快速產(chǎn)生的氣泡尺寸較大&較低的熱流密度下氣液界面發(fā)生劇烈變ItJ

2、OOM小OOO'It%Oi«OBOOO心FQ1關(guān)系式和1畫=9OiflSOO修正用使過冷沸騰換熱系數(shù)的預(yù)測精度大幅提高冷沸騰端騰換熱藪化點(diǎn)部騰滯后文航標(biāo)志酉A文章編匚L*31討:1OOOOfflJfflJ?lAOitI®Mit式沸騰換熱系數(shù)進(jìn)行關(guān)鍵詞主:中國分類號(hào):yoysGfK=8<nacFF£D7X3flD9N"XVBOT$I-DJ"T,gr'UD1XVM9h?P_PP/"XVPQiYwUA<HePe1TA(*005*丁,HUA<*IQ)>VA<*Xtfcr5-/VUXO5tfa&am

3、p;35czz/fearJct>cz5=>Cra二Hc4jnErr£n3LGOD1Crc£)妄=A1epPP"5GTvm或Cm.oKtePDCWi3!"5p_3宙丁叱wFtil喧y?s"CQPvFzw-&QQ*ra七«PIcCCPCyQxiQra§GiW成,raw，.c?qrjpslOPteFtil1"1"rQfeG21GDleQ826Z5.2.T"'FMWd0匕,0OO0.MAE=37.2%+50%-50%Shah新關(guān)系式2.65.27.8方ex"(kWm

4、-2.cT)圖A考慮層流區(qū)挽熱的過冷瀟騰換熱系數(shù)對(duì)比b冬R2i坷巳皿二寸建*?11OFzwGt?也gGbHgCTfcP相關(guān)研究表明彈純表面粗糙度個(gè)參數(shù)不足以描述表面特性對(duì)沸騰換熱系數(shù)的影周圍匚頊其是氏勤蒲務(wù)件下JOOIIIIMOfiOOeACOI驗(yàn)中由于加熱表面核化孔穴尺寸小且數(shù)量少>匝【速5Oi®i失穩(wěn)現(xiàn)象針對(duì)該情況懷文提出通過壁面過如度孫池式并傳我珞務(wù)資龍行修正見QjqpsX式中CP)00衣乙利Z分抑為里面過熱度利流體飽和溫度囹8為修正二戶一vr積p1OOI菅與實(shí)驗(yàn)值的對(duì)比，修正后平均絕對(duì)誤差僅為P4N%螢rtinnooofo/?exp/(kWm-2-1)®8修正

5、r。一VTP1。1關(guān)I式預(yù)測結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值對(duì)比號(hào)8bPCS也胃_vr伊bGbHFfcpHQOepfir寸GOQ對(duì)誤差較小J旦在高換熱系數(shù)情況下預(yù)測值仍偏小M是因?yàn)闊崃髅芏容^大的情況下流型發(fā)展為彈狀流.甚至出現(xiàn)了環(huán)狀流.沸騰換熱形式由核態(tài)沸騰轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)流沸騰期對(duì)流換熱系數(shù)和池式沸騰換熱系數(shù)疊加方法所得公式的適用性受到限制應(yīng)指出上述修正系費(fèi)僅為針對(duì)本實(shí)驗(yàn)段表面特點(diǎn)而獲得為不同特性的加熱表面.其修正系數(shù)的參數(shù)可能會(huì)有所變化>更為通用的高精度模型則依賴于加熱表面對(duì)沸騰換熱影響方面研究的突破4結(jié)論本交通過實(shí)驗(yàn)研究了低壓低流速條件下的過冷沸騰換熱特性生要關(guān)注了沸騰滯后現(xiàn)象沸騰失穩(wěn)現(xiàn)象以及沸騰換熱特性聯(lián)得

6、的結(jié)論如下%r)加熱表面核化點(diǎn)的缺乏導(dǎo)致了較高的沸騰起始點(diǎn)壁面過熱度而低流速條件下對(duì)流換熱系數(shù)低排騰的發(fā)生則大幅提高了換熱系數(shù)材此出現(xiàn)了顯著的沸騰滯后現(xiàn)象低壓條件下扃壁面過熱度下快速產(chǎn)生的較大尺寸氣泡與過冷流體接觸可在較低的熱流密度下引發(fā)沸騰失穩(wěn)現(xiàn)象=)SOOftT頊萬號(hào)383MJfflH/rQ1關(guān)系式關(guān)系式項(xiàng)座高il冷帶唐換相關(guān)系式的適用性為考慮高壁面過熱度與沸騰失穩(wěn)現(xiàn)象對(duì)換熱的影響別入壁面過熱度對(duì)池式沸騰換熱系數(shù)進(jìn)行修正吏過冷沸騰換熱系數(shù)的預(yù)測精度大幅提局參考文獻(xiàn)二PC壬也JES凄小樣JIioocii?原子能布學(xué)技術(shù)得刊、司日1-VA(*CiGFa，VA(*FGb.-|l>«

7、;i51S禮§C?.心FtoWFtiraTIeTCJxytw-ixD1ocopLjI?Atncest"CfeKfeG?QlYSh,4.冬C5p->=PPR1令bii*>.EAHVADIR,UE(oT,oAVAT-EFFPte1sp心*UULTI,l(A*A->Ir,Ho(*C-*5FRtfeQRWarpso1eG忠b-i-Ct產(chǎn)FPteeMD1RSVaDDHTTO31EeBa>W1。W<8>34EBEUE<oI,HATToFMw-ViDtFFPteP、CTfc>-ii1CP*53pGKOid10>Qs5l產(chǎn)FFtee-p

8、DgRiiWpaQIjFnGTfcJOGtTeKfeo1Vi>Z<pRCteHTTO-OaClzCTO1寧GTFtKa尋R&eWsp/MCCTtwRiaDC-rX7fc><?JtFPPHTQOM整傷JtJt?J-O1tftIEilBOO14ODD子散科學(xué)技術(shù),P4000=8>J=8t-BAo7G,CHE(囪靠XUJEFFGTo1pO乜PSTzw-R23E5RzSVHzwi1WTEFCi1b一xy號(hào)FteDE-At>->E曰虧生PCfeQCHPcbT>勺4產(chǎn)O8U=8=8ib。匪&BdURDoB.EBTRADE,DIX/AFCOP,

9、點(diǎn)Q-VTFSTeKfeo1peQbpct?RzWa=oifeKfeosnaacT1與taDE-azkxrGt?toQOrn3fe3e<fe,ns.84-4D-ECwUA(H,TA(*,CHE(*>必a9r-GtoKPtwRSF1白rcdtpG?Q-rbAOrocrc?pwFfes氣磚。rncjfcj<?Gtraetfeo1(sCK?曰自-bCk二A*VEMJ18&cJBRABoCCE-1A-»Ho，*VoFrTHD°寸aA->dQbQ5<?"Hg1'aKPE-QkjtjgQiDxi步GSCTd1bFzwRWaq-rc

10、c?DE-EgiP1。丁乜gfq*叩Qeus4.mAARA/v!Al*T*,VAHVoUDE(<l(*D8crbCRiXJi1=6bR-AAVEED->IUJ,VICTB=To(RH*-Aae?C£5rte-"CTfcPP"CJQCFFQaoHzwRziS號(hào)FQCXD1ocP?ati1LJEOPPtraJtPBbHTCFQMTCF3SD1K'9AU-POEVo*CIII,BRoDB4J-DR?b飛pfQf5cyrs二a!WFeai1aQDE-FtiCC1!Ce1V9=E*HAHV(swGSHTfc)1PFtiTaCt££TF

11、DC-E-pe"1©1TPG?Q出PaEwUA(H,TA(*,DUV£QHmcBecFm產(chǎn)FPte*CKTiD1FdGbro1伯孑目宣ocrUI?r>E*oJtFBbHTQOVCTQ13FtSaTidcrgQ1*DDrncjiDC?JbFFQbTPP8=A)-AlDITTLrr4bcFteXEOSbpw產(chǎn)0r>袒ptraGtr1件peDDHTQOXX*o(JD,GbTTo<VAAXCE1-1BP-rXiTiD1i1>e>TC?號(hào)FfeV-(qjveP?CTbd13t)1A，pj3eQlQCO,tw3J|?rnarfc)OJb?BbHT

12、QQTi十tw»pe9>pa)M»3G?Qr號(hào)DE-r«袒PfciOCmE1頡9=«-破COOFB4V*-HTDJVrXW*CKfepsi?FtilaQXAlfeOaeO1iOfc)1sCptpe"IVEwwJVE*PHAT-A3QK>yyp二E&Ra9-DFVIVC,CoCEDEV,*UIREJEQ-o1尋F3fe"t?教1-QObFQjdKJHzwFtSSac?aQcrg?q句灰?DD-EsiPBTPQO出CTCfeCfe勺3RrigEentiP西孕琢H-.上-Ui-t潛I*JJT小8字kH>朝導(dǎo)!=II

13、1卜g國i-nm*me-W-W44s*nnr(§feBO«與產(chǎn)FFCWqtiErCTTzw乜"Qter尋Qqop苴沔KgvnaoAPGFrecrcBro<fecrtwrk,p>-山七產(chǎn)FFte.55feGPFFPW1。棗(MTfcP-r1*epG-PD尋RiiFtiVa"CF3,CFdPQyi目CgPPP1關(guān)QKFte-eFOQ1QyGTfcTC?Q聲PAete5bG3C?TfeieQTfc)1T*O31nC?QPvCrm5pe«-零bFdCFPpad»7GQs'-TieaR>ep«F乜G31gEQ

14、bereeCfcTGE?Bc5P電®50Ril3P3QTfe寸."9rQ<*二尋RiiFzw；lSCCTd1；RWa二553由于過冷沸騰具有高效的換熱能力輿廣泛應(yīng)用于核能E工通冷及航空航天等工業(yè)領(lǐng)域在核反應(yīng)堆中的壓水堆運(yùn)行在高溫高壓情況下*iffO1也成高JtREAFI反應(yīng)堆熱工水力分析程序中模型的適用參數(shù)范圍也較高翼序?qū)Φ蛪旱土魉贄l件的模擬能力有待改善在近年來的先進(jìn)反應(yīng)堆設(shè)計(jì)中廣泛應(yīng)用了非能動(dòng)安全技術(shù)其中自然循環(huán)等非能詢過程的I1tIAPKED等段E站的帝分安全系統(tǒng)運(yùn)行壓力也較低咽此有必要對(duì)低壓低流速條件下的過冷沸騰換熱特性進(jìn)行研究過冷沸騰現(xiàn)象涉及的傳熱傳質(zhì)過程極其

15、朗%攵置EE01010001熱特性研究中發(fā)現(xiàn)汽泡脫離直徑對(duì)換熱系數(shù)存在關(guān)鍵影響質(zhì)過冷沸騰中氣泡又存在多種生瑜冷I行為iooIroo®otc%此外jirotooo多通道幾何尺寸口熱面微觀結(jié)構(gòu)等都會(huì)產(chǎn)生影響加光滑表面被氧化后其潤濕性增加月致港膺&常點(diǎn)五熱go&ciJiImfto圭的氣泡尺寸較大,隨后與過冷流體接觸引起氣液界面的劇烈變化低流量條件下?lián)Q熱系數(shù)低高壁溫容易得以維持我上述現(xiàn)象持續(xù)進(jìn)行人而影響換熱特性因此為研究低壓低流速條件下的過冷沸騰換熱特性折展本實(shí)驗(yàn)研究泵主濾器項(xiàng)量計(jì)頂驗(yàn)段J1察段和管路等組成溫控水箱可通過集水箱與大氣相連>保證系統(tǒng)壓力為大氣壓溫控水箱內(nèi)的

16、水溫通過電，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)J、OSI實(shí)驗(yàn)回路如圖所示=，由溫控水箱。齒輪加熱棒的功率和憐卻盤管內(nèi)冷卻水的流量協(xié)同調(diào)節(jié)蒸儲(chǔ)水自溫控水箱流出后由齒輪泵加壓握過過濾器后沖質(zhì)量流量計(jì)測出流量,隨后進(jìn)入實(shí)驗(yàn)段n經(jīng)實(shí)驗(yàn)段加熱后流回溫控水箱A完成循環(huán)OImInun6ci±o(，°1O一GCHOCnrrOt項(xiàng)D氛段長燹為*GD-O±O-5頊'壁面機(jī)fiU00±Qs詢可布置9個(gè)丁型Offi%5其明腐賣52段料律為QrX-FOtn受鍍膜工藝的限制撤膜玻璃管加熱段的長度為石|otmIoffiiw<OQ±Os),_lOOT5fTI1熱電偶熬電偶與實(shí)驗(yàn)段表面之間

17、通過厚度為為為oot)1ooot%席改中的詢量采用EK-FC?憊Plo-ePtF0B8yOyjOOo-BQtEJOO1號(hào)為足差為±oo=z%壓*TDBOIo-BQtEJOO1號(hào)為足差為±oo=z%壓*TDBOI流量計(jì)標(biāo)稱口徑為4rr測量范圍為才O-M1噎大*1量設(shè)君為i*數(shù)宣的ztO"15Z%ntomnso«ooaItiF%49-O15OPD-FQ項(xiàng)卷為重似韋東_-5GDGODFQj1is1為量卷的ztOQPZ%l%晴切為osTOIOJoowo=c%電流由三位半精度的數(shù)字電流表測量電壓由四位半精度的數(shù)字電壓表測量J*實(shí)驗(yàn)方法實(shí)驗(yàn)采取恒定入口溫度與入口流量

18、必漸增加加熱功率的方式如單相換熱逐漸過渡到過冷沸騰換熱工況實(shí)驗(yàn)過程可分為實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備齒輪泵電加熱器直流電源伺服控制器控制與采集系統(tǒng)觀察段觀察窗集水箱冷卻盤管流量計(jì)溫控水箱過濾器不銹鋼實(shí)驗(yàn)段圖r實(shí)驗(yàn)回路示意圖與正式實(shí)驗(yàn)兩個(gè)階段準(zhǔn)備階段主要完成除氣工作正式實(shí)驗(yàn)中朋節(jié)閥門與齒輪泵J吏回路流量達(dá)到設(shè)定值調(diào)節(jié)加熱棒功率與冷卻回路流量,將實(shí)驗(yàn)段入口水溫冷卻至所設(shè)定入口溫度開啟實(shí)驗(yàn)段直流加熱電源其擇穩(wěn)流模式進(jìn)行加熱逐漸加大功率值至壁面最高溫度接近流體飽和溫度待出口溫度與壁溫等參數(shù)穩(wěn)定后況錄電壓屈流值步通過采集系統(tǒng)保存穩(wěn)態(tài)流動(dòng)下的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可視化實(shí)驗(yàn)中疝采集系統(tǒng)保存數(shù)據(jù)的同時(shí)折始拍攝升高實(shí)驗(yàn)段加熱功率催復(fù)上述步驟完

19、成不同功率條件下的實(shí)驗(yàn)待出口溫度達(dá)到飽和溫度后核組工況完成調(diào)節(jié)入口過冷度或平均流量套復(fù)上述步驟芫成不同入口溫度與平均流速工況下的實(shí)驗(yàn)漆驗(yàn)參數(shù)列于表-n實(shí)驗(yàn)中流速較表'實(shí)驗(yàn)參數(shù)參救值系統(tǒng)u力n/roo-OiuI廠臺(tái)，14q入口過冷食PA3ISO京J八NP低航動(dòng)處于層流區(qū)和過渡區(qū)其單相換熱驗(yàn)證如圖n朧示實(shí)瞼費(fèi)明處理方法可參凡攵就F圖a穩(wěn)態(tài)流動(dòng)條件下的單相換熱*實(shí)驗(yàn)結(jié)果JOI后i象從沸騰起始點(diǎn)起攤道中開始出現(xiàn)氣泡奧熱機(jī)理也由單相對(duì)流換熱變?yōu)楹藨B(tài)沸騰換熱氣泡產(chǎn)生過程一方面通過汽化吸收大量熱量,另一方面氣泡的生長/凝與運(yùn)動(dòng)可使流體交混程度加強(qiáng)咽此沸騰的發(fā)生使換熱系數(shù)得到較大程度的提高在熱流密度一

20、定的條件下,沸騰前沿向上'游傳播的現(xiàn)象氣相發(fā)生劇烈變沸騰的發(fā)生會(huì)使壁溫下降菸種由沸騰起始引起的壁溫下降現(xiàn)象稱為沸騰滯后由熱流密度計(jì)If公式<?知Ji1OIOO度由沸騰起始點(diǎn)壁面過熱度項(xiàng)體過冷度及沸騰前后換熱系數(shù)的變化決定沸騰起始點(diǎn)壁面過熱度與加熱表面情況必力頂體過冷度及換熱系數(shù)等參數(shù)有關(guān)在流動(dòng)通道內(nèi)J弗騰前換熱為對(duì)流換熱,沸騰起始后一般為核態(tài)沸騰換熱J3此沸騰前后換熱系數(shù)的變化與沸騰前的流速及沸騰后的氣泡行為直接相關(guān)真泡行為又由加氛素而肯況。化4大分布JIft等-壓力項(xiàng)速Jt面過熱度及流體過冷度決定綜上可知拂騰滯后現(xiàn)象受表面情況麝力項(xiàng)速及流體過冷度等因素的復(fù)雜影響在強(qiáng)潤濕性電子制

21、冷液流動(dòng)沸騰中袖于較大的核化孔穴會(huì)被淹沒身致沸騰起始點(diǎn)壁面過熱度較高拂腐滯后現(xiàn)豪成為顯著&E%Oi憤騰引起的換熱強(qiáng)化作用較弱拂騰滯后現(xiàn)象會(huì)消失本研究中仙于加熱表面核化孔穴尺寸小導(dǎo)致沸騰起始點(diǎn)過熱度較高八口流速低導(dǎo)致對(duì)流換熱系數(shù)低,因此觀察到了圖=中所示較為顯著的沸騰滯后現(xiàn)象4=一70勺）式中O'O8OOIk和z分別為壁面溫度和流體溫度圖=穩(wěn)態(tài)條件下沸騰滯后現(xiàn)象號(hào)=圖=穩(wěn)態(tài)條件下沸騰滯后現(xiàn)象號(hào)=(VEMNM由于缺少核化點(diǎn)>壁面過熱度高>在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)氣液界面失穩(wěn)現(xiàn)象唧氣相發(fā)生劇烈變形,破裂為多個(gè)小氣泡=，小氣泡成為核化點(diǎn)=，并導(dǎo)致形廠方面是因?yàn)榱黧w過冷度較高時(shí)發(fā)生的冷凝

22、作用較為劇烈國一方面是因?yàn)楸诿娓浇黧w過熱度較高時(shí)發(fā)生的沸騰作用也較為劇烈另外如壁面核化條件不理想而導(dǎo)致的上游壁面附近流體過熱度較高是沸騰前沿得以向上游傳播的條件上述沸騰失穩(wěn)現(xiàn)象只在入口過冷度放高的浦況下發(fā)生項(xiàng)與y淄r尹匚在研先徵氣的ooIot-1在丸冷度MDC認(rèn)上此項(xiàng)的會(huì)園躬面不穩(wěn)定任而破裂為很多小氣泡卿為此處觀察到的沸騰失有或豪圖4為H2PS與U*D畢與本實(shí)教中觀察到的小氣泡產(chǎn)生前氣液界面的擾動(dòng)情況上述現(xiàn)象發(fā)生在較大的蒸汽體積處于較高的流體過冷度時(shí)本研究中壁面較為光滑咽此可達(dá)到較高的壁面過熱度本低壓下所產(chǎn)生的氣泡尺寸較大咽此可在較低的熱流密度下發(fā)生沸騰失穩(wěn)現(xiàn)象文獻(xiàn)8本實(shí)驗(yàn)國4ttBEoOI界而擾卻號(hào)4TCTd1p-BKjqp寸經(jīng)I的-vr號(hào)。就冷崔H換期慎型認(rèn)為過冷沸騰中無凈蒸汽產(chǎn)生必I此不考慮換熱增強(qiáng)因素我時(shí)可將單相換熱系數(shù)從總的換熱系數(shù)中分離人而獲得沸騰所致的換熱系數(shù)通過對(duì)比單相換熱系數(shù)與沸騰所致?lián)Q熱系數(shù)的演化可評(píng)估對(duì)流因素與沸騰因素對(duì)總換熱系數(shù)的貢獻(xiàn)圖3為單相對(duì)流換熱系數(shù)逖騰所致?lián)Q熱系數(shù)與總的流動(dòng)沸騰換熱系數(shù)隨熱平衡含氣率17的變