竖直圆管下降流过渡沸腾传热实验研究

采用热块骤冷实验技术、非稳态一维数值分析方法和多元回归分析技术对竖直圆形元件管内下降流过渡沸腾传热特性进行了研究，建立了一组以ＣＨＦ点和最小膜态沸腾点（ＭＩＮ）为基础的过渡沸腾传热特性两点模型，和可以反映压力、流量和入口过冷度对过渡沸腾曲线影响的多变量数据分析模型。采用一维非稳态数值分析方法建立热块及试验管的精细温场分布，推导管内壁温度和热流密度，采用本文的模型和多元回归分析技术整理实验数据，得到一组过渡沸腾传热特性的半经验关系式，其适用于：Ｇ＝７０－２２５６ｋｇ／ｍ２·ｓ；Ｐ＝０．３－１６ＭＰａ；ΔＴｓｕｂ＝６℃－７５℃；预测结果与实验数据吻合较好。对主要流动参数对过渡沸腾传热特性的影响作了趋势分析和机理浅析。     

微细化沸腾传热实验研究

气泡微细化沸腾是沸腾到达某个临界热负荷后,加热面温度升高不大,与该临界热负荷相比,热流密度大幅提高的沸腾现象。本文在设计完成一可视化实验装置的基础上,通过高速摄影仪观察并结合采集的壁温数据,对常压下直径为10 mm铜加热面上的池式气泡微细化沸腾现象进行了研究,并讨论了液体过冷度对其的影响。实验发现,气泡微细化沸腾状态下,加热面上生成1层极其不稳定的气膜,气液交界面上不停地有大量微小气泡生成并以极高速度射入过冷液体中。随加热面热流密度的增大,气膜厚度波动周期缩短,气膜最大厚度减小,所生成微小气泡的直径也明显减小。实验中获得的最高热流密度达9 MW/m²。     

套管式蒸汽发生器沸腾传热实验研究

用氟里昂Ｆ－１１３作为沸腾换热介质来模拟套管式蒸汽发生器沸腾传热过程，对环形、狭空间的沸腾换热情况进行了实验研究。将环形空间又分为单面加热、双面加热两种情况，并和一般尺寸圆管进行了比较，对狭空间沸腾换热的流型变化也进行了观察研究。     

Cr涂层锆包壳池式沸腾传热实验研究

铬（Cr）涂层锆合金包壳被认为是最有前途的耐事故燃料（ATF）包壳材料之一,这种材料的表面状态对传热性能的影响程度将极大地影响着涂层锆包壳的工艺优化方向。本文在常压下的Cr涂层锆合金包壳池式沸腾实验装置中对不同工艺方法下制备的Cr涂层锆合金包壳进行实验,研究了粗糙度等表面状态对传热的影响规律及其机制。结果表明,表面粗糙度的提高能降低汽化核心产生的条件,在相同壁面过热度下可显著强化传热。在本文研究参数范围内,随着传热表面粗糙度的提高,临界热流密度（CHF）相应地呈上升趋势,增加表面粗糙度能有效提高CHF值。在此基础上,本文还建立了粗糙度对传热系数影响的预测关系式。     

竖直环形通道内过渡沸腾传热实验研究

用热块技术对低压、低质量流速下垂直环形通道中水的过渡沸腾传热进行实验研究，实验范围是：压力Ｐ＝２．５－１０．９ｂａｒ，质量流速Ｇ＝７４．２－２２３．９ｋｇ／ｍ２ｓ，进口过冷度△Ｔｓｕｂ＝５．５－３２．４℃。用一维和二维模型对实验数据分析处理，得到许多不同工况下的过渡沸腾曲线，并对影响过渡沸腾传热的主要因素进行了分析。实验发现，管壁的热流密度值在过渡沸腾区域有较大波动，表明过渡沸腾这种传热方式所固有的不稳定性。得到了一个预测过渡沸腾传热的公式，并和其他关系式进行了比较。     

HFE-7100工质稳态临界沸腾传热实验研究

池沸腾临界热通量是沸腾相变传热的重要参数,决定了相变换热器件的推广应用。表面粗糙度和饱和压力对沸腾传热边界层分布、表面铺展润湿及工质动力学特性具有重要影响,进而对临界热通量作用显著。本文对HFE-7100工质在4种不同粗糙度的铜基表面（0.019、0.205、0.311和0.587 μm）条件及在不同饱和压力（0.07、0.10、0.15及0.20 MPa）工况下的池沸腾稳态临界状态下的传热及可视化实验进行了研究。对表面粗糙度及饱和压力对稳态临界沸腾的影响机制进行了分析,并考察了临界热通量预测模型对临界热通量的预测准确性。可视化研究表明,临界状态下的沸腾气液两相工质由小气泡、大气泡、气柱及蘑菇状气团组成,而在过渡状态下,沸腾表面会形成非平滑气膜,并不断分离出气泡。同时传热数据表明,表面粗糙度及饱和压力的增加能使表面临界热通量得到提升。相比而言,Bailey等建立的临界热通量预测模型能相对准确地预测HFE-7100工质沸腾临界热通量数据。为进一步提升预测准确度,建立了临界热通量无因次参数K预测经验关联式,其预测值与本实验及文献实验数据吻合较好。     

矩形小流道受限汽泡流及环状流区域沸腾传热模型研究

为探析矩形小流道受限汽泡流及环状流区域沸腾传热机理,本文基于理论推导,从受限汽泡典型特征出发,探明了受限汽泡流几何结构;基于时间加权平均方法,确定了受限汽泡区及液塞区在受限汽泡流所占权重;基于一维导热等理论和积分方法,建立了液膜蒸发换热系数计算方法,并将其应用于环状流区域。综合上述方法,提出了一种新的受限汽泡流及环状流区域沸腾传热模型——双区域模型,该模型适用范围为:雷诺数（Re）为2300~5373,普朗特数（Pr）为2.75~19.8,毛细数（Ca）为0.000835~0.002767。      

填充床中沸腾传热迟滞现象的实验研究

本工作对由直径为8 mm的表面氧化后的碳钢球组成的填充床中的流动沸腾传热进行实验研究。通过逐步增加和减小热流密度的方式来控制沸腾起始与沸腾强度,监测到发生在填充床中的沸腾迟滞现象,研究了填充床中各种沸腾迟滞现象随着填充床内不同轴向和径向位置、表观流速等因素的变化规律。实验表明：高流速、远离出口、靠近管壁的情况不易出现成核滞后;增大表观流速、填充物表面粗糙度可增大沸腾湮灭滞后程度。     

水基磁性流体池沸腾传热强化的实验研究

通过水和水基磁性流体池沸腾传热的对比实验,确定了水基磁性流体强化沸腾传热的效果,并进行了机理分析。实验结果显示,热流密度相同时,水基磁性流体的沸腾换热系数比水至少增强2倍,施加磁场可进一步强化沸腾传热,增强倍数可超过5倍。通过分析磁场对磁性流体中沸腾汽泡的影响,认为施加磁场有使汽泡脱离直径减小,生长速度加快和脱离频率增加的作用。     

圆形通道内饱和流动沸腾传热特性实验研究

采用圆形通道实验本体对饱和沸腾传热特性进行实验研究。实验本体加热长度1000 mm,通道尺寸为φ9.5 mm×1 mm。采用全液相雷诺数(Relo)和沸腾数(Bo)作为描述圆形通道内饱和沸腾传热特性的无量纲参数,在实验数据的基础上,拟合获得了圆形通道内饱和沸腾传热系数经验关系式,关系式对94.5%实验数据预测偏差在±20%以内。     

环形狭缝通道内沸腾换热传热特性的实验研究

对环形狭缝间隙为 1 0mm ,低质量流量下 ,狭缝内流动沸腾换热的传热特性进行了实验研究。实验以去离子水为工质 ,实验压力范围为 :1 5 5～ 3 72MPa,质量流量的范围是 :9 5 3～ 1 9 65kg/h。实验研究结果表明 :1 以Jens lottes公式对实验数据进行整理 ,得到的公式中的系数明显增大 ,而以Chen公式对实验数据进行整理 ,得到的公式中的系数则有所减小 ,说明此时环形狭缝间隙内的流动沸腾换热很可能是泡核沸腾和两相强制对流共同起作用的结果。 2 在实验所做的参数范围之内 ,内管的传热系数比外管的高。     

锆-4在冷却水中的骤冷沸腾传热实验研究

为了研究锆-4在冷却水中的骤冷行为与沸腾传热特性,本文采用可视化方法,并测量了锆-4在骤冷过程中的温度变化。基于一维导热反问题求解,计算得到锆-4表面的热流密度和温度。在骤冷过程中锆-4会依次经历膜态沸腾、过渡沸腾、核态沸腾以及单相对流换热4个阶段,并且分析了轴向高度和冷却水过冷度对骤冷行为以及沸腾传热的影响。结果表明,随着过冷度的增大,骤冷时间减小,最小膜态沸腾温度增大,并且核态沸腾与过渡沸腾传热受加热表面局部特性影响显著,并建立了锆-4表面最小膜态沸腾温度的关系式,对反应堆的安全分析具有重要的意义。      

同心环形管内沸腾两相流动与传热实验研究

对窄缝为2．1mm的同心环形管,试验研究了外管加热条件下水的沸腾两相流动阻力与传热特性,得到了以下结果：窄缝环形管内两相流动的阻力较普通圆管内大,沸腾换热得到了较明显的强化,换热系数弓压力、热平衡干度、工质流量、加热负荷均有关系,且与缝隙宽度和加热方式有关;提出了环形管强化传热的微液膜蒸发机理与汽泡扰动机理的物理解释;得到了环形管内流动摩擦阻力系数与传热系数的实验关联式。     

螺旋管中汽-水两相流强制对流沸腾传热研究

对螺旋管中两相强制对流沸腾传热特性进行了试验研究。试验是在高压水回路上进行的 ,试验参数为系统压力 6 0～ 1 1MPa ,质量流速 40 0～ 1 2 0 0kg/(m2 ·s) ,热流密度 0～ 45 0kW /m2 ,螺旋直径1 3 7m ,螺旋上升角 3 94°。用修正L M关系式整理了两相强制对流放热系数。同时也得到了螺旋管单相水和单相蒸汽的强制对流放热系数 ,并与文献进行了比较     

卧式螺旋管式蒸汽发生器管内沸腾传热恶化的实验研究

报道了在高压汽水回路上进行的卧式螺旋管式蒸汽发生器管内沸腾传热恶化特性的实验结果，并对实验参数范围内出现的传热恶化进行了分类；分析和研究了出现恶化的条件及机理；给出了传热恶化时的热负荷关系式。     

亚临界及近临界压力区竖直管内沸腾传热实验研究

本文阐述在亚临界及近临界压力区,φ18×3不锈钢管内竖直下降汽水两相流沸腾传热特性的实验研究。实验参数为:压力 p=17.2—22.6 MPa,质量流速 G=800—2000kg/m~2·s,外壁热负荷q_0=220-460kW/m~2。实验结果表明,在亚临界及近临界压力区,竖直下降管内汽水两相流沸腾传热特性随压力提高得到改善;而在超临界压力下的传热特性比近临界压力区的差。     

水基磁性流体竖直加热棒下的池沸腾传热实验研究

研究了磁性微粒浓度、外加磁场对水基磁性流体在竖直加热棒加热情况下的沸腾传热影响;实验结果显示,磁性微粒浓度和外加磁场对磁性流体的沸腾换热有很大影响：对于中低浓度的磁性流体,存在一个最优的磁粒浓度,在该浓度下沸腾传热的强化效果最显著,施加磁场时,该结论仍然成立。施加磁场能强化磁性流体的沸腾传热。     

环形通道内液态金属钠沸腾两相传热特性实验研究

对环形通道内液态金属钠沸腾两相流动特性进行了实验研究。实验中,系统压力为3.6~110.0kPa,热流密度为11~600kW·m~(-2),流速为0.02~0.45m·s~(-1)。实验结果表明,液态金属钠沸腾传热系数与壁面热流密度和系统压力有强烈关系,而与入口过冷度和质量流速无关。在本文实验数据基础上,拟合得到了计算液态金属钠沸腾两相传热系数的关系式,通过与各组实验数据间的比较,证明本文关系式适用于计算环形通道内液态金属钠沸腾两相传热系数。     

卧式螺旋管内流动沸腾传热研究

在较宽广的参数范围内对卧式螺旋管内水／水蒸汽两相流沸腾传热特性进行了详细的试验研究，螺旋管内径ｄ＝１１ｍｍ，曲率直径比Ｄ／ｄ为２３．２７。试验参数范围：压力０．５－３．０ＭＰａ：质量流速２００－２５００ｋｇ／ｍ２·ｓ；热负荷２３０－５００ｋＷ／ｍ２：出口干度０－０．８６。得到了沸腾传热系数的实验关联式，并深入分析了局部传热与壁温特性，沿流动方向，管截面平均传热系数在螺旋管的上升段最大，而在下降段最小；沿管截面内表面圆周方向上，局部传热系数在外侧最大，在内侧最小，在顶部和底部处的值居中。得到了管截面局部传热系数的分布实验关联式。同一管截面外表面圆周方向上，外侧壁温最低而内侧最高。     

气泡微细化沸腾传热特性

气泡微细化沸腾(Micro-bubble Emission Boiling,MEB)是一种特殊的过冷沸腾现象,当其发生时加热面的热流密度会远高于临界热流密度(Critical Heat Flux,CHF)。根据采集到的可视化沸腾资料,对MEB的传热机理进行了分析。结果表明,MEB发生时,加热面上不稳定气膜的周期性破裂,破坏了过热液层,导致了良好的气液置换对流换热。考虑MEB的特殊传热过程,对Rohsenow关系式中部分项进行修正,并根据最小二乘法对实验数据进行拟合,得到了适用于10 mm铜加热面上的MEB沸腾关系式,误差不超过±15%,可满足一般的工程计算要求。