水的流動(dòng)沸騰課件

1、水的流動(dòng)沸騰 氣液兩相流2013/11/20主要內(nèi)容2換熱特性研究1流阻特性研究2一、換熱特性研究3文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)1.微通道微管內(nèi)水的流動(dòng)沸騰換熱特性的實(shí)驗(yàn)研究Boiling heat transfer and two-phase flow of water in a singleshallow microchannel with a uniform diverging cross section Behavior of air bubbles during subcooled water boilingCirtical heat flux for flow boiling of low press

2、ure in vertical internally heated annuli2.動(dòng)載下3.臨界熱通量研究背景試驗(yàn)裝置數(shù)據(jù)采集結(jié)果分析一、換熱特性研究4研究需求1.微通道微管內(nèi)水的流動(dòng)沸騰換熱特性的實(shí)驗(yàn)研究Boiling heat transfer and two-phase flow of water in a singleshallow microchannel with a uniform diverging cross section 2.動(dòng)載下3.臨界熱通量微尺度流動(dòng)沸騰換熱系數(shù)較高，受到重視飽和沸騰研究較多，過(guò)冷流動(dòng)沸騰研究較少相比氟化物冷卻劑，水更容易發(fā)生氣泡合并現(xiàn)象研究背景試

3、驗(yàn)裝置數(shù)據(jù)采集結(jié)果分析一、換熱特性研究51.微通道微管內(nèi)水的流動(dòng)沸騰換熱特性的實(shí)驗(yàn)研究2.動(dòng)載下3.臨界熱通量實(shí)驗(yàn)一：微管流動(dòng)沸騰換熱特性研究實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)研究背景試驗(yàn)裝置數(shù)據(jù)采集結(jié)果分析一、換熱特性研究61.微通道微管內(nèi)水的流動(dòng)沸騰換熱特性的實(shí)驗(yàn)研究2.動(dòng)載下3.臨界熱通量實(shí)驗(yàn)一：微管流動(dòng)沸騰換熱特性研究實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)（試驗(yàn)段）研究背景試驗(yàn)裝置數(shù)據(jù)采集結(jié)果分析一、換熱特性研究71.微通道2.動(dòng)載下3.臨界熱通量實(shí)驗(yàn)二：微通道水的流動(dòng)沸騰換熱實(shí)驗(yàn)Boiling heat transfer and two-phase flow of water in a singleshallow microchannel

4、 with a uniform diverging cross section Main components：fluid tankPumpFlowmeterpre-heatertest sectioncondenser研究背景試驗(yàn)裝置數(shù)據(jù)采集結(jié)果分析一、換熱特性研究81.微通道2.動(dòng)載下3.臨界熱通量實(shí)驗(yàn)二：微通道水的流動(dòng)沸騰換熱實(shí)驗(yàn)Boiling heat transfer and two-phase flow of water in a singleshallow microchannel with a uniform diverging cross section 2 parts:Fo

5、ur heater-blocksThe test specimen with the rectangular channel水流通過(guò)實(shí)驗(yàn)段微通道底面熱單元加熱，熱單元熱容很大，因此可以認(rèn)為實(shí)驗(yàn)段熱流量為常量。研究背景試驗(yàn)裝置數(shù)據(jù)采集結(jié)果分析一、換熱特性研究91.微通道2.動(dòng)載下3.臨界熱通量實(shí)驗(yàn)二：微通道水的流動(dòng)沸騰換熱實(shí)驗(yàn)Boiling heat transfer and two-phase flow of water in a singleshallow microchannel with a uniform diverging cross section The heat is tran

6、sported via the three channel sides to the working fluid, and the heat fluxes are equal.The wall temperature Tw is measured at 8 positions along the channel, viz. at Z = 35, 70,110, 145, 185, 225,260, 295 mm behind the channel inlet.Flow patterns are observed at 5 positions along the ow passage, viz

7、. 60, 120, 180, 240, 300 mm from the channel inlet.The experiments are performed for dierent mass andheat uxes (mass uxes 50, 100, 300, 500, 700 and 1000 kg/ms, maximum heat ux about 100 kW/m).研究背景試驗(yàn)裝置數(shù)據(jù)采集結(jié)果分析一、換熱特性研究101.微通道2.動(dòng)載下3.臨界熱通量微管內(nèi)水的流動(dòng)沸騰換熱特性的實(shí)驗(yàn)研究Boiling heat transfer and two-phase flow of wa

8、ter in a singleshallow microchannel with a uniform diverging cross section 流量：由玻璃浮子式流量計(jì)測(cè)得，量程0.44ml/min，最大誤差為4%溫度1：實(shí)驗(yàn)段進(jìn)出口及微管外壁面溫度由7根直徑為0.5mm的鎳鉻-鎳硅熱電偶進(jìn)行測(cè)量溫度2：聚四氟乙烯保溫套筒外表面由4根直徑為1mm的T型熱電偶進(jìn)行測(cè)量溫度3：保溫套筒開(kāi)一條縫，利用紅外熱成像儀測(cè)量微管外壁面瞬態(tài)溫度場(chǎng)加熱方式：直流穩(wěn)壓電源直接電加熱研究背景試驗(yàn)裝置數(shù)據(jù)采集結(jié)果分析一、換熱特性研究111.微通道2.動(dòng)載下3.臨界熱通量微管內(nèi)水的流動(dòng)沸騰換熱特性的實(shí)驗(yàn)研究（一）

9、微管壁面溫度場(chǎng)的瞬態(tài)變化：實(shí)驗(yàn)一圖為a:0時(shí)刻的紅外圖像。從圖中可以看到有數(shù)段柱塞狀的圖形，而相應(yīng)的曲線圖反映這些區(qū)域溫度較高，相鄰兩柱塞區(qū)域間壁面溫度較低?？梢耘袛嗥滹@示的塞狀流動(dòng)。研究背景試驗(yàn)裝置數(shù)據(jù)采集結(jié)果分析一、換熱特性研究121.微通道2.動(dòng)載下3.臨界熱通量微管內(nèi)水的流動(dòng)沸騰換熱特性的實(shí)驗(yàn)研究（一）微管壁面溫度場(chǎng)的瞬態(tài)變化：實(shí)驗(yàn)一圖b：0.4秒后，各個(gè)氣塞合并，形成環(huán)狀流，這個(gè)區(qū)域額溫度也明顯升高。研究背景試驗(yàn)裝置數(shù)據(jù)采集結(jié)果分析一、換熱特性研究131.微通道2.動(dòng)載下3.臨界熱通量微管內(nèi)水的流動(dòng)沸騰換熱特性的實(shí)驗(yàn)研究（一）微管壁面溫度場(chǎng)的瞬態(tài)變化：實(shí)驗(yàn)一圖c：0.8秒后，溫度明顯

10、下降，整個(gè)區(qū)域壁面溫度均低于流體的飽和溫度，此圖應(yīng)該是單相過(guò)冷流體經(jīng)過(guò)時(shí)的圖形。研究背景試驗(yàn)裝置數(shù)據(jù)采集結(jié)果分析一、換熱特性研究141.微通道2.動(dòng)載下3.臨界熱通量微管內(nèi)水的流動(dòng)沸騰換熱特性的實(shí)驗(yàn)研究（一）微管壁面溫度場(chǎng)的瞬態(tài)變化：實(shí)驗(yàn)一20秒的測(cè)定時(shí)間內(nèi)，整個(gè)溫度場(chǎng)這三種圖形膠體產(chǎn)生。此時(shí)管內(nèi)水的過(guò)冷流動(dòng)沸騰流型變化基本上以單向流、汽塞流和環(huán)狀流的交替產(chǎn)生為主分析原因:流速較小時(shí)，局部產(chǎn)生氣泡。由于尺寸限制，氣泡快速合并成汽塞。汽塞阻礙工質(zhì)流動(dòng)，壓降增大，推動(dòng)流體流動(dòng)。當(dāng)汽塞離開(kāi)實(shí)驗(yàn)段出口，容積增大，壓降減小，溢出使對(duì)應(yīng)的出口溫度迅速增大汽塞級(jí)過(guò)冷水周期性的通過(guò)微管，造成出口溫度及壓降波動(dòng)

11、劇烈。研究背景試驗(yàn)裝置數(shù)據(jù)采集結(jié)果分析一、換熱特性研究151.微通道2.動(dòng)載下3.臨界熱通量微管內(nèi)水的流動(dòng)沸騰換熱特性的實(shí)驗(yàn)研究（二）換熱特性實(shí)驗(yàn)一圖一：飽和沸騰換熱系數(shù)與干度的關(guān)系進(jìn)口溫度不同，離實(shí)驗(yàn)段進(jìn)口70mm處熱電偶的換熱特性曲線。質(zhì)量流量分別為132.7265.4kg/ms，熱流密度為100250kW/m研究背景試驗(yàn)裝置數(shù)據(jù)采集結(jié)果分析一、換熱特性研究161.微通道2.動(dòng)載下3.臨界熱通量微管內(nèi)水的流動(dòng)沸騰換熱特性的實(shí)驗(yàn)研究（二）換熱特性實(shí)驗(yàn)一圖一：飽和沸騰換熱系數(shù)與干度的關(guān)系結(jié)果分析：換熱系數(shù)h隨著干度增大而逐漸減小，但幅度很小。這可能是由于微管內(nèi)流動(dòng)沸騰中液滴的夾帶并在壁面上沉積

12、而導(dǎo)致的。當(dāng)干度較小時(shí)，隨著流量的增加，換熱系數(shù)反而減小。而當(dāng)干度逐漸增大，質(zhì)量流量對(duì)換熱幾乎不存在影響。研究背景試驗(yàn)裝置數(shù)據(jù)采集結(jié)果分析一、換熱特性研究171.微通道2.動(dòng)載下3.臨界熱通量微管內(nèi)水的流動(dòng)沸騰換熱特性的實(shí)驗(yàn)研究（二）換熱特性實(shí)驗(yàn)一圖二：進(jìn)口溫度對(duì)微管換熱特性的影響不同流量下，進(jìn)口溫度對(duì)換熱的影響情況。由上圖可知，當(dāng)流量較小時(shí)，進(jìn)口溫度對(duì)換熱稍有影響，但是隨著流量的增大，換熱特性幾乎不受進(jìn)口溫度的影響研究背景試驗(yàn)裝置數(shù)據(jù)采集結(jié)果分析一、換熱特性研究181.微通道2.動(dòng)載下3.臨界熱通量（二）圖一實(shí)驗(yàn)二Boiling heat transfer and two-phase flo

13、w of water in a singleshallow microchannel with a uniform diverging cross section 飽和狀態(tài)下，熱流量為66kW/m時(shí)，質(zhì)量流量增大，換熱系數(shù)減小研究背景試驗(yàn)裝置數(shù)據(jù)采集結(jié)果分析一、換熱特性研究191.微通道2.動(dòng)載下3.臨界熱通量（二）圖二實(shí)驗(yàn)二Boiling heat transfer and two-phase flow of water in a singleshallow microchannel with a uniform diverging cross section 熱流量增大，傳熱系數(shù)增加水蒸氣

14、即干度質(zhì)量增大，傳熱系數(shù)減小傳熱系數(shù)隨著熱流量而變化顯著，屬于核態(tài)沸騰研究背景試驗(yàn)裝置數(shù)據(jù)采集結(jié)果分析一、換熱特性研究201.微通道2.動(dòng)載下3.臨界熱通量總結(jié)在過(guò)冷沸騰狀態(tài)下，過(guò)冷流動(dòng)沸騰流型變化基本上式以單相流、汽塞流和環(huán)狀流的交替產(chǎn)生為主。飽和沸騰換熱系數(shù)h隨著干度的增大而逐漸減小，但減小的幅度非常小。這可能由于微管內(nèi)流動(dòng)沸騰中液滴的夾帶并在壁面上沉積而導(dǎo)致的。當(dāng)干度較小時(shí)，隨著質(zhì)量流量的增加，換熱系數(shù)反而減小。當(dāng)干度逐漸增大，質(zhì)量流量對(duì)換熱幾乎不存在影響。當(dāng)流量較小時(shí)，進(jìn)口溫度對(duì)換熱稍有影響，但是隨著流量的增大，換熱特性幾乎不受進(jìn)口溫度的影響。分析結(jié)論研究背景試驗(yàn)環(huán)節(jié)一、換熱特性研究2

15、11.微通道2.動(dòng)載下3.臨界熱通量飛行器在加速、減速或機(jī)動(dòng)飛行時(shí)，運(yùn)動(dòng)載荷必然作用于機(jī)載兩相流系統(tǒng)。動(dòng)載作用和相分布的多變性（相密集、彌散、分層等等）使得兩相間的力學(xué)關(guān)系發(fā)生變化，進(jìn)而影響兩相流動(dòng)的傳熱特性。對(duì)于加熱沸騰的兩相流動(dòng)，相變?cè)斐少|(zhì)傳遞和含氣率變化，運(yùn)動(dòng)流型不僅沿流道不斷發(fā)生變化，也會(huì)隨過(guò)載的大小發(fā)生改變，導(dǎo)致流動(dòng)計(jì)算復(fù)雜化。由于其固有的復(fù)雜性、多樣性以及現(xiàn)階段測(cè)量手段的局限性，對(duì)其傳熱機(jī)理，流動(dòng)特性，質(zhì)量、動(dòng)量和能量傳遞模型還沒(méi)有較為肯定的結(jié)論。因此，動(dòng)載作用下沸騰兩相流傳熱機(jī)理還需從大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中歸納總結(jié)出來(lái)。數(shù)據(jù)處理Behavior of air bubbles during

16、 subcooled water boiling一、換熱特性研究221.微通道2.動(dòng)載下3.臨界熱通量分析結(jié)論研究背景試驗(yàn)環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)處理Behavior of air bubbles during subcooled water boiling一、換熱特性研究231.微通道2.動(dòng)載下3.臨界熱通量分析結(jié)論研究背景試驗(yàn)環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)處理Behavior of air bubbles during subcooled water boiling一、換熱特性研究241.微通道2.動(dòng)載下3.臨界熱通量分析結(jié)論研究背景試驗(yàn)環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)處理Behavior of air bubbles during subcoole

17、d water boiling一、換熱特性研究251.微通道2.動(dòng)載下3.臨界熱通量在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前，先啟動(dòng)水泵對(duì)循環(huán)管道進(jìn)行沖洗，然后排空液體，取下測(cè)試段對(duì)其認(rèn)真清洗，之后安裝好測(cè)試段，對(duì)整個(gè)工質(zhì)回路進(jìn)行氣密性檢查?？紤]到實(shí)驗(yàn)所用的自來(lái)水在加熱時(shí)會(huì)在加熱器內(nèi)出現(xiàn)結(jié)垢現(xiàn)象，因此每次實(shí)驗(yàn)都會(huì)充注已經(jīng)沸騰過(guò)的熱水來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。 確認(rèn)氣閥門(mén)關(guān)閉后，開(kāi)啟水泵將水充滿整個(gè)管道后停止流動(dòng)，打開(kāi)ADAM-4000自動(dòng)檢測(cè)信號(hào)軟件，調(diào)節(jié)電導(dǎo)探針測(cè)量?jī)x，對(duì)各測(cè)量參數(shù)的零點(diǎn)初值進(jìn)行記錄，并在采集程序中做相應(yīng)調(diào)整。 準(zhǔn)備工作結(jié)束后，再開(kāi)啟水泵和加熱器對(duì)單相流動(dòng)水加熱至沸騰兩相流。打開(kāi)采集程序和攝像機(jī)，檢查轉(zhuǎn)臺(tái)上所有設(shè)備固

18、定好后，開(kāi)啟、調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)臺(tái)調(diào)頻器，對(duì)不同動(dòng)載下兩相流特性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并測(cè)試和記錄相關(guān)參數(shù)和圖像。 實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，先關(guān)閉調(diào)頻器。待轉(zhuǎn)臺(tái)靜止后，切斷加熱器電源，讓流體在管內(nèi)繼續(xù)流動(dòng)一段時(shí)間后再關(guān)閉水泵、閥門(mén)和其他電源。取下攝像機(jī)和筆記本電腦進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與分析。 實(shí)驗(yàn)步驟分析結(jié)論研究背景試驗(yàn)環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)處理Behavior of air bubbles during subcooled water boiling分析結(jié)論研究背景試驗(yàn)環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)處理一、換熱特性研究261.微通道2.動(dòng)載下3.臨界熱通量Behavior of air bubbles during subcooled water boiling分析結(jié)論研

19、究背景試驗(yàn)環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)處理一、換熱特性研究271.微通道2.動(dòng)載下3.臨界熱通量Behavior of air bubbles during subcooled water boiling分析結(jié)論研究背景試驗(yàn)環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)處理一、換熱特性研究281.微通道2.動(dòng)載下3.臨界熱通量Behavior of air bubbles during subcooled water boiling分析結(jié)論研究背景試驗(yàn)環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)處理一、換熱特性研究291.微通道2.動(dòng)載下3.臨界熱通量小結(jié)1 通過(guò)實(shí)驗(yàn)，研究了水平管內(nèi)流動(dòng)水加熱沸騰時(shí)兩相流的基本流型，獲得了靜止和旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下的沸騰汽-水兩相流流型圖，并分析了重力和離心力效

20、應(yīng)對(duì)沸騰流型的影響。主要工作歸納如下： 在同一加熱條件下，進(jìn)行了轉(zhuǎn)臺(tái)在057r/min （測(cè)試段中心截面所受過(guò)載量為02G）加速過(guò)程中沸騰兩相流的流型實(shí)驗(yàn)。從所攝圖像資料中，發(fā)現(xiàn)并定義了新的流型：沖擊流、高沖擊交混流和低沖擊交混流。 在同一加熱條件下，進(jìn)行了轉(zhuǎn)臺(tái)在570 r/min（測(cè)試段中心截面所受過(guò)載量為2 G0）減速過(guò)程中沸騰兩相流的流型實(shí)驗(yàn)。獲得了同樣載荷下，由于轉(zhuǎn)臺(tái)的加 速、減速引起的流型非對(duì)稱特性，并分析了氣泡受力時(shí)的變形情況。 從管內(nèi)流體質(zhì)點(diǎn)的受力角度出發(fā)，分析了造成兩種變化過(guò)程中的流型變遷出現(xiàn) 非對(duì)稱現(xiàn)象的原因。 Behavior of air bubbles during s

21、ubcooled water boiling分析結(jié)論研究背景試驗(yàn)環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)處理一、換熱特性研究301.微通道2.動(dòng)載下3.臨界熱通量小結(jié)1 通過(guò)實(shí)驗(yàn)，研究了水平管內(nèi)流動(dòng)水加熱沸騰時(shí)兩相流的基本流型，獲得了靜止和旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下的沸騰汽-水兩相流流型圖，并分析了重力和離心力效應(yīng)對(duì)沸騰流型的影響。主要工作歸納如下： 在同一加熱條件下，進(jìn)行了轉(zhuǎn)臺(tái)在057r/min （測(cè)試段中心截面所受過(guò)載量為02G）加速過(guò)程中沸騰兩相流的流型實(shí)驗(yàn)。從所攝圖像資料中，發(fā)現(xiàn)并定義了新的流型：沖擊流、高沖擊交混流和低沖擊交混流。 在同一加熱條件下，進(jìn)行了轉(zhuǎn)臺(tái)在570 r/min（測(cè)試段中心截面所受過(guò)載量為2 G0）減速過(guò)程中沸騰

22、兩相流的流型實(shí)驗(yàn)。獲得了同樣載荷下，由于轉(zhuǎn)臺(tái)的加 速、減速引起的流型非對(duì)稱特性，并分析了氣泡受力時(shí)的變形情況。 從管內(nèi)流體質(zhì)點(diǎn)的受力角度出發(fā)，分析了造成兩種變化過(guò)程中的流型變遷出現(xiàn) 非對(duì)稱現(xiàn)象的原因。 Behavior of air bubbles during subcooled water boiling分析結(jié)論研究背景試驗(yàn)環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)處理一、換熱特性研究311.微通道2.動(dòng)載下3.臨界熱通量Behavior of air bubbles during subcooled water boiling分析結(jié)論研究背景試驗(yàn)環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)處理一、換熱特性研究321.微通道2.動(dòng)載下3.臨界熱通量Behav

23、ior of air bubbles during subcooled water boiling分析結(jié)論研究背景試驗(yàn)環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)處理一、換熱特性研究331.微通道2.動(dòng)載下3.臨界熱通量Behavior of air bubbles during subcooled water boiling分析結(jié)論研究背景試驗(yàn)環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)處理一、換熱特性研究341.微通道2.動(dòng)載下3.臨界熱通量Behavior of air bubbles during subcooled water boiling分析結(jié)論研究背景試驗(yàn)環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)處理一、換熱特性研究351.微通道2.動(dòng)載下3.臨界熱通量Behavior of ai

24、r bubbles during subcooled water boiling分析結(jié)論研究背景試驗(yàn)環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)處理一、換熱特性研究361.微通道2.動(dòng)載下3.臨界熱通量Behavior of air bubbles during subcooled water boiling分析結(jié)論研究背景試驗(yàn)環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)處理一、換熱特性研究371.微通道2.動(dòng)載下3.臨界熱通量Behavior of air bubbles during subcooled water boiling 利用旋轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)臺(tái)及流動(dòng)沸騰裝置，對(duì)水平管內(nèi)沸騰兩相流的流動(dòng)及傳熱參數(shù)進(jìn)行了一系列測(cè)量，并使用攝像機(jī)和流動(dòng)可視化技術(shù)對(duì)流型進(jìn)行了實(shí)時(shí)拍

25、攝，得到了動(dòng)載作用下的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和圖像。通過(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)和圖像的分析整理，獲得動(dòng)載作用下氣液兩相流的部分流動(dòng)及傳熱特性。主要結(jié)論歸納如下： (1) 過(guò)載對(duì)飽和沸騰兩相流流型有一定的影響。加熱時(shí)轉(zhuǎn)臺(tái)在 0-57r/min（即加熱段中心處所受過(guò)載量變化為 0-2G）的加速過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)沖擊流、高沖擊交混流和低沖擊交混流。 (2) 過(guò)載對(duì)管內(nèi)兩相流動(dòng)尤其是壓力降及空隙率產(chǎn)生強(qiáng)烈影響。當(dāng)加速度方向與流體流動(dòng)方向相同時(shí)，過(guò)載可以看作是流體受到一個(gè)與流動(dòng)方向相反的力的作用。所以過(guò)載會(huì)增大管內(nèi)流體的流阻，阻礙管內(nèi)流體繼續(xù)向前流動(dòng)。過(guò)載越大，流阻越大，液相后壅的現(xiàn)象越明顯。即隨過(guò)載增大，液相流量減小，進(jìn)出口壓差增

26、大，空隙率減小。 (3) 過(guò)載促進(jìn)管外散熱。靜止時(shí)，管壁散熱以輻射換熱為主，而過(guò)載狀態(tài)下，管外散熱以強(qiáng)迫對(duì)流散熱為主，且隨著過(guò)載的增大，外掠圓管外壁的空氣流速增加，其對(duì)流散熱量迅速增大。 (4) 過(guò)載削弱對(duì)管內(nèi)流體的加熱能力。靜止時(shí)，兩相流傳熱能力高于單相流，其主要因素就是潛熱量的存在，而在過(guò)載增大過(guò)程中，兩相流逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閱蜗嗔?，其換熱優(yōu)點(diǎn)消失殆盡。分析結(jié)論研究背景試驗(yàn)環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)處理一、換熱特性研究381.微通道2.動(dòng)載下3.臨界熱通量Behavior of air bubbles during subcooled water boiling1.由于動(dòng)載條件的復(fù)雜性，缺少可靠的數(shù)學(xué)模型，為了了解

27、其流動(dòng)與傳熱特性，通常采用實(shí)驗(yàn)方法來(lái)進(jìn)行初探性研究。不過(guò)，我引用的三篇文章提到的同一個(gè)試驗(yàn)臺(tái)，我覺(jué)得有些結(jié)果有問(wèn)題。2.通過(guò)分別介紹了兩個(gè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)，我覺(jué)得有很大的意義。實(shí)驗(yàn)如何設(shè)計(jì)、包括實(shí)際操作中可能遇到的問(wèn)題，都要預(yù)先盡量想到。有些問(wèn)題是可以遇到再解決的，但是實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思路一旦錯(cuò)了，就全盤(pán)有問(wèn)題了。3.動(dòng)載實(shí)驗(yàn)暢想，火箭車實(shí)驗(yàn)。分析結(jié)論研究背景試驗(yàn)裝置一、換熱特性研究391.微通道2.動(dòng)載下3.臨界熱通量Cirtical heat flux for flow boiling of low pressure in vertical internally heated annuliBoiling

28、of a liquid fluid is used for cooling and/or steam production in many technical applications, like power plants or electronic devices. However, the nucleate boiling process is limited by the critical heat flux (CHF), which is the highest heat flux that can be dissipated into a nucleate boiling syste

29、m before the local transition to film boiling occurs. Critical heat flux at low flow, low pressure conditions is important with respect to accident conditions of boiling water reactors. Nevertheless, available experimental data and prediction methods for these conditions are scarce.分析結(jié)論研究背景試驗(yàn)裝置一、換熱特

30、性研究401.微通道2.動(dòng)載下3.臨界熱通量Cirtical heat flux for flow boiling of low pressure in vertical internally heated annuli分析結(jié)論研究背景試驗(yàn)裝置一、換熱特性研究411.微通道2.動(dòng)載下3.臨界熱通量Cirtical heat flux for flow boiling of low pressure in vertical internally heated annuliThe own measured data are in accordance with the tendencies and

31、 the value region of the literature data.分析結(jié)論研究背景試驗(yàn)裝置一、換熱特性研究421.微通道2.動(dòng)載下3.臨界熱通量Cirtical heat flux for flow boiling of low pressure in vertical internally heated annuliThe outlet pressure influence on the CHF values is similar for both annuli分析結(jié)論研究背景試驗(yàn)裝置一、換熱特性研究431.微通道2.動(dòng)載下3.臨界熱通量Cirtical heat flux

32、for flow boiling of low pressure in vertical internally heated annuliIt is evident that the CHF was detected always on the top end of the heated section for the large annulus, whereas the data points of small annulus are distributed in the upper half as described above. Moreover, the CHF position co

33、uld vary in the axial and azimuthal position on the heated surface even for the same parameter set in case of the small annulus.分析結(jié)論研究背景試驗(yàn)裝置一、換熱特性研究441.微通道2.動(dòng)載下3.臨界熱通量Cirtical heat flux for flow boiling of low pressure in vertical internally heated annulithe experimental values of both works are mat

34、ching very well. 分析結(jié)論研究背景試驗(yàn)裝置一、換熱特性研究451.微通道2.動(dòng)載下3.臨界熱通量Cirtical heat flux for flow boiling of low pressure in vertical internally heated annulithe CHF results for the different annular geometries of Rogers et al.and the present work at similar inlet subcooling enthalpy conditions分析結(jié)論研究背景試驗(yàn)裝置一、換熱特性研

35、究461.微通道2.動(dòng)載下3.臨界熱通量Cirtical heat flux for flow boiling of low pressure in vertical internally heated annuliThe 3-k-factors correlation using the LUT1986 led to 70130% higher CHF values. Using the LUT200626 improved the performance with predicting errors of 3462%, but the experimental data were stil

36、l over-estimated.分析結(jié)論研究背景試驗(yàn)裝置一、換熱特性研究471.微通道2.動(dòng)載下3.臨界熱通量Cirtical heat flux for flow boiling of low pressure in vertical internally heated annuliThe CHF value results from the LUT for tubes by inserting the correlated vapor quality. The calculated values of the rod-centered correlation illustrated in

37、 Fig. 15were in good agreement with the experimental data in the applied range of low pressure and low mass flux.主要內(nèi)容48換熱特性研究1流阻特性研究2二、流阻特性研究49文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)微通道矩形微槽內(nèi)水的流動(dòng)沸騰壓降特性實(shí)驗(yàn)研究水平微管內(nèi)水的流動(dòng)沸騰壓降特性實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果討論主要內(nèi)容試驗(yàn)環(huán)節(jié)二、流阻特性研究50矩形微槽水平微管矩形微槽內(nèi)水的流動(dòng)沸騰壓降特性實(shí)驗(yàn)研究研究背景現(xiàn)存問(wèn)題本文內(nèi)容以微尺度相變理論為基礎(chǔ)的微通道內(nèi)流動(dòng)沸騰的研究逐漸得到重視。而微通道內(nèi)壓降特性正是研究的主要問(wèn)題之一。

38、現(xiàn)有文獻(xiàn)對(duì)單矩形微槽內(nèi)水的流動(dòng)沸騰壓降研究尚不充分。本文采用蒸餾水為實(shí)驗(yàn)工質(zhì)，水力直徑0.267mm的矩形微槽為實(shí)驗(yàn)段，通過(guò)測(cè)量沸騰時(shí)進(jìn)出口壓降，獲得壓降變化特性，并在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)考慮各參數(shù)效應(yīng)提出新的流動(dòng)沸騰壓降實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式。結(jié)果討論主要內(nèi)容試驗(yàn)環(huán)節(jié)二、流阻特性研究51矩形微槽水平微管矩形微槽內(nèi)水的流動(dòng)沸騰壓降特性實(shí)驗(yàn)研究實(shí)驗(yàn)裝置圖經(jīng)除氣后的水經(jīng)高壓小流量恒流蠕動(dòng)泵由冷凝器降溫和過(guò)濾器過(guò)濾后進(jìn)入恒溫水浴箱和輔助加熱器進(jìn)行預(yù)熱，達(dá)到一定進(jìn)口溫度后進(jìn)入實(shí)驗(yàn)段。工質(zhì)通過(guò)實(shí)驗(yàn)段后經(jīng)冷凝器回到貯液罐，形成循環(huán)。結(jié)果討論主要內(nèi)容試驗(yàn)環(huán)節(jié)二、流阻特性研究52矩形微槽水平微管矩形微槽內(nèi)水的流動(dòng)沸騰壓降特性實(shí)驗(yàn)研

39、究矩形微槽實(shí)驗(yàn)段圖不銹鋼薄板上矩形微槽道截面積為0.4mm0.2mm(寬高)，水力直徑為0.267 mm，長(zhǎng)度80mm。微槽上部覆蓋玻璃便于沸騰情況的高速拍攝，利用直流穩(wěn)壓電源加熱薄電阻片間接加熱水至沸騰；進(jìn)出口聯(lián)箱和整個(gè)實(shí)驗(yàn)段四周用聚四氟乙烯進(jìn)行保溫；壓力與溫度測(cè)點(diǎn)布置在進(jìn)出口聯(lián)箱處；壓力傳感器垂直布置，從而有效減小壓力測(cè)量誤差。結(jié)果討論主要內(nèi)容試驗(yàn)環(huán)節(jié)二、流阻特性研究53矩形微槽水平微管矩形微槽內(nèi)水的流動(dòng)沸騰壓降特性實(shí)驗(yàn)研究試驗(yàn)現(xiàn)象在起始沸騰時(shí) 實(shí)驗(yàn)觀察發(fā)現(xiàn)壓降和出口溫度的波動(dòng)較大，呈現(xiàn)周期性的上下波動(dòng)，且兩者呈一一反相對(duì)應(yīng)。在過(guò)冷沸騰時(shí) 兩相流動(dòng)表現(xiàn)為蒸汽與過(guò)冷水交替出現(xiàn)。由于水力直徑較

40、小，氣泡會(huì)快速合并，形成汽塞。當(dāng)汽塞一離開(kāi)實(shí)驗(yàn)段出口時(shí)，由于出口處容積的突然增大，壓降迅速減小，此時(shí)蒸汽從出口處的溢出使對(duì)應(yīng)的出口溫度迅速增大。在過(guò)冷沸騰時(shí) 出口溫度基本維持飽和溫度，此時(shí)穩(wěn)定的飽和蒸汽環(huán)狀流和飽和水的交替出現(xiàn)，壓降及出口溫度波動(dòng)減小。結(jié)果討論主要內(nèi)容試驗(yàn)環(huán)節(jié)二、流阻特性研究54矩形微槽水平微管矩形微槽內(nèi)水的流動(dòng)沸騰壓降特性實(shí)驗(yàn)研究壓降分析 本實(shí)驗(yàn)采用的進(jìn)口溫度均低于進(jìn)口壓力下的飽和溫度，實(shí)驗(yàn)段的前端必定是單相流發(fā)展段。 實(shí)驗(yàn)前端壓降分析 兩相壓降=為實(shí)驗(yàn)所測(cè)進(jìn)出口壓降-單相壓降 冷卻工質(zhì)單相流動(dòng)的壓降變化為 為密度； 為過(guò)冷段長(zhǎng)度，由熱平衡計(jì)算得到； 為水力直徑； 為摩擦因子

41、。 結(jié)果討論主要內(nèi)容試驗(yàn)環(huán)節(jié)二、流阻特性研究55矩形微槽水平微管矩形微槽內(nèi)水的流動(dòng)沸騰壓降特性實(shí)驗(yàn)研究壓降分析實(shí)驗(yàn)兩相壓降分析 由于采用水平布置，因此可忽略重力壓降，實(shí)驗(yàn)兩相壓降由摩擦壓降 和加速度壓降 兩部分組成。其中，加速度壓降采用Zivi的空泡率關(guān)聯(lián)式進(jìn)行計(jì)算 兩相摩擦壓降結(jié)果討論主要內(nèi)容試驗(yàn)環(huán)節(jié)二、流阻特性研究56矩形微槽水平微管矩形微槽內(nèi)水的流動(dòng)沸騰壓降特性實(shí)驗(yàn)研究為了得到兩相摩擦壓降關(guān)聯(lián)式采用L-M方法進(jìn)行處理，得到兩相摩擦壓降修正因子 與LockhartMartinelli參數(shù) X 的變化關(guān)系。當(dāng)X較小時(shí)， 隨X的增大而減小，相同進(jìn)口溫度下， 的變化隨流量的增大而增大；當(dāng)X大于0

42、.3時(shí)，隨X增大而增大，而幾乎不受流量的影響。結(jié)果討論主要內(nèi)容試驗(yàn)環(huán)節(jié)二、流阻特性研究57矩形微槽水平微管矩形微槽內(nèi)水的流動(dòng)沸騰壓降特性實(shí)驗(yàn)研究右圖為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與已有常規(guī)尺度管槽和微尺度管槽分相模型的比較結(jié)果的誤差的原因 本實(shí)驗(yàn)是矩形單微槽內(nèi)水的流動(dòng)沸騰實(shí)驗(yàn)，由于水的氣泡脫離直徑較大，氣泡更易合并，即使在過(guò)冷狀態(tài)下也會(huì)產(chǎn)生汽塞，阻礙液體的正常流動(dòng)，并相應(yīng)引起壓降及出口溫度的劇烈波動(dòng)而造成。結(jié)果討論主要內(nèi)容試驗(yàn)環(huán)節(jié)二、流阻特性研究58矩形微槽水平微管矩形微槽內(nèi)水的流動(dòng)沸騰壓降特性實(shí)驗(yàn)研究對(duì)加速度壓降采用Zivi空泡率關(guān)系式進(jìn)行計(jì)算，利用分相模型及Collier關(guān)聯(lián)式進(jìn)行兩相摩擦壓降計(jì)算結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果

43、及與其他模型的比較結(jié)果，對(duì)Mishima and Hibiki關(guān)聯(lián)式稍做改動(dòng)，考慮水力直徑及流量影響建立了水平布置矩形單微槽內(nèi)水流動(dòng)沸騰的壓降關(guān)聯(lián)式，結(jié)果討論主要內(nèi)容試驗(yàn)環(huán)節(jié)二、流阻特性研究59矩形微槽水平微管矩形微槽內(nèi)水的流動(dòng)沸騰壓降特性實(shí)驗(yàn)研究右圖示了不同質(zhì)量流速，進(jìn)口溫度45下所有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與新的壓降關(guān)聯(lián)式的比較情況，其平均誤差分別為14.8，10.9，15.4，9.3?？傮w上該模型與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)符合得很好。對(duì)所有的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與本壓降關(guān)聯(lián)式進(jìn)行比較，其平均絕對(duì)誤差為12.6。分析結(jié)論試驗(yàn)結(jié)果主要內(nèi)容試驗(yàn)環(huán)節(jié)二、流阻特性研究60矩形微槽水平微管水平微管內(nèi)水的流動(dòng)沸騰壓降特性實(shí)驗(yàn)研究研究背景近年來(lái)研

44、究表明：以微尺度相變理論為基礎(chǔ)的微通道內(nèi)流動(dòng)沸騰不僅取得了非常好的換熱效果，并且利用冷卻工質(zhì)的相變潛熱使表面溫度保持在一個(gè)較低的安全溫度之內(nèi)。出現(xiàn)的問(wèn)題：微通道內(nèi)過(guò)大的壓降做過(guò)的研究：冷卻工質(zhì)的壓降特性、提出適用各自范圍的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式本文內(nèi)容對(duì)不銹鋼微管的實(shí)驗(yàn)段進(jìn)行電加熱至沸騰，沸騰穩(wěn)定后測(cè)量進(jìn)出口的壓降。通過(guò)改變流量參數(shù)、進(jìn)口溫度參數(shù)、加熱熱流密度來(lái)獲得水平微管內(nèi)水的流動(dòng)沸騰的壓降變化特性，并考慮了在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)的個(gè)參數(shù)引起的效應(yīng)，然后提出微管內(nèi)水的流動(dòng)沸騰壓降實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式。分析結(jié)論試驗(yàn)結(jié)果主要內(nèi)容試驗(yàn)環(huán)節(jié)二、流阻特性研究61矩形微槽水平微管水平微管內(nèi)水的流動(dòng)沸騰壓降特性實(shí)驗(yàn)研究實(shí)驗(yàn)裝置圖分析結(jié)論

45、試驗(yàn)結(jié)果主要內(nèi)容試驗(yàn)環(huán)節(jié)二、流阻特性研究62矩形微槽水平微管水平微管內(nèi)水的流動(dòng)沸騰壓降特性實(shí)驗(yàn)研究實(shí)驗(yàn)段組成分析結(jié)論試驗(yàn)結(jié)果主要內(nèi)容試驗(yàn)環(huán)節(jié)二、流阻特性研究63矩形微槽水平微管水平微管內(nèi)水的流動(dòng)沸騰壓降特性實(shí)驗(yàn)研究數(shù)據(jù)采集和處理 流量-玻璃浮子式流量計(jì)1 實(shí)驗(yàn)段進(jìn)出口溫度-鎳鉻-鎳硅熱電偶2 實(shí)驗(yàn)段進(jìn)出口壓力值-壓力傳感器3分析結(jié)論試驗(yàn)結(jié)果主要內(nèi)容試驗(yàn)環(huán)節(jié)二、流阻特性研究64矩形微槽水平微管水平微管內(nèi)水的流動(dòng)沸騰壓降特性實(shí)驗(yàn)研究參數(shù)設(shè)置進(jìn)口溫度Tin分別為30 、60 、75 流量范圍G為79.62-238.85 kg/（m2s）有效加熱熱流密度 27. 8- 91 kW/ m2Tin= 60 G=132.7 kg/（m2s）q=80 kW/ m2分析結(jié)論試驗(yàn)結(jié)果主要內(nèi)容試驗(yàn)環(huán)節(jié)二、流阻特性研究65矩形微槽水平微管水平微管內(nèi)水的流動(dòng)沸騰壓降特性實(shí)驗(yàn)研究過(guò)冷沸騰-其兩相流動(dòng)是蒸汽與過(guò)冷水交替出現(xiàn)而形成的. 當(dāng)局部區(qū)域氣泡產(chǎn)生后, 由于管徑較小, 氣泡會(huì)快速合并, 形成汽塞. 汽塞的存在并且擴(kuò)大阻礙了工質(zhì)的流動(dòng), 壓降開(kāi)始增大, 推動(dòng)兩相流體向前流動(dòng). 當(dāng)汽塞離開(kāi)實(shí)驗(yàn)段出口, 由于出口處容積的突然增