多孔球层内沸腾现象与传热特性研究

采用池式沸腾实验系统,在常压底部加热条件下分别对由直径4、6、8mm玻璃球构建的多孔结构内沸腾过程进行了可视化研究.结果表明,过冷沸腾时,加热壁面上产生孤立汽泡,小汽泡可聚合为主汽泡,主汽泡脱离频率较低,汽相以分散的小汽泡为主;饱和沸腾初期,汽泡生长变快,主汽泡体积变大,连续汽相范围广阔;主汽泡形成频率随热流密度增加而增加;膜态沸腾时,底面被汽膜包围,液相占据球层空间.球体直径越大,产生同类现象需要的热流密度越大,传热系数的极值越大.饱和沸腾存在传热强化区和抑制区.直径4、8mm玻璃球构建的多孔介质传热系数随热流密度的增加而增加,6mm多孔介质则相反.     

竖直矩形窄缝通道内近壁汽泡生长和脱离研究

可视化研究窄缝通道内汽泡生长和脱离对于揭示窄缝通道内的沸腾传热机理具有重要意义。本文采用高速摄影仪从宽面和窄面可视化观察了常压条件下矩形窄缝通道内汽泡核化生长和脱离规律。研究结果表明，汽泡在核化点生长时，汽泡底部与加热面存在一小的接触面，总体而言，汽泡在生长过程中基本呈球状。在相同热工参数下，不同核化点处汽泡生长规律基本相同，但汽泡脱离直径相差较大。窄缝通道内汽泡生长速率小，脱离时间较长，可采用修正的Zuber公式预测窄缝通道内汽泡生长直径。在同一拍摄窗口内，统计分析了热工参数对汽泡平均脱离直径的影响规律。随热流密度的增加，汽泡平均脱离直径减小；随入口欠热度的增加，汽泡平均脱离直径减小；随主流速度的增加，汽泡平均脱离直径减小。     

窄空间内受限空泡演化特征的可视化实验研究

对窄空间内自然对流条件下的沸腾空泡演化行为进行了可视化实验研究。液相工质为去离子水,实验段采用聚碳酸酯材料,窄小空间尺寸为2 mm×10 mm×250 mm。加热片采用FTO导电玻璃,从而实现从汽泡底部观察其生长特性。本文得到了不同热流密度下的汽泡生长特性曲线,发现在汽泡生长过程中,其长度与宽度的变化均符合指数规律,且长宽比在生长末期在一个固定值附近波动。汽泡生长速度随热流密度的变化不呈线性关系,受多种因素共同影响。同时,还分析了窄空间流道内汽泡聚合过程的受限界面演化特性。     

核化点间距对过冷沸腾中汽泡聚并特性的影响

过冷沸腾是反应堆热工过程中会出现的重要物理现象,汽泡聚并是核态沸腾过程中一种常见的汽泡相互作用形式。本文对核态沸腾过程中的汽泡聚并现象做了研究,研究了不同核化点间距下汽泡聚并特性和热流密度特征。利用微型加热片阵列,控制核化点的间距,并且详细记录汽泡底部的热流密度,与此同时用高速CCD相机从底部拍摄汽泡运动形态。将汽泡图像与热流密度结合分析,全面总结核化点间距对汽泡聚并和热流密度特性的影响。     

基于微液层模型的单汽泡生长数值模拟研究

核态沸腾换热在传热传质方面有着重要的作用,其发生机理和传热传质过程仍是研究的重点。随着实验手段的提高,微液层模型得到了广泛的关注。通过对微液层中传热传质的分析,建立了微液层厚度与热流密度和气化率之间的关系。利用界面扩散法对汽液相界面进行追踪,并在汽泡与加热壁面之间构建微液层模型,研究在核态沸腾条件下,微液层的变化对汽泡生长和加热壁面温度分布的影响。结果表明,数值模拟得到的汽泡生长过程和加热壁面温度分布与实验结果吻合得很好,初步验证了模型的正确性。并通过数值模拟,进一步分析了汽泡生长过程中微液层、干性区域和汽泡底部半径的变化规律以及壁面温度的分布情况。     

矩形窄缝通道内滑移汽泡直径沿轴向分布特性实验研究

采用高速摄像仪对矩形窄缝通道内过冷流动沸腾滑移汽泡直径沿轴向分布特性进行可视化实验研究。实验捕获滑移汽泡沿加热面滑移并聚合的过程图像,并获得沿加热面轴向300、400、500 mm处滑移汽泡直径概率分布图。实验研究表明,窄缝通道中滑移汽泡直径沿轴向分布呈增大趋势;滑移汽泡沿加热面生长、滑移汽泡与未完成生长脱离的小汽泡的聚合,以及滑移汽泡间的聚合是滑移汽泡直径沿加热面轴向增大的重要原因。     

基于分子动力学理论界面传质的过冷沸腾汽泡生长特性研究

基于分子动力学理论的准平衡态界面处界面蒸发/冷凝因素,以及汽泡底部微液层传热因素建立综合传热传质相变模型,对窄通道内汽泡过冷流动沸腾条件下的生长情况进行模拟。相变模型体现了汽泡底部微液层蒸发、近壁过热液体传热、汽泡顶部主流冷凝等多方面机制对汽泡生长的影响。模拟结果体现了汽泡底部微液层厚度的变化情况,与实验结果相吻合;微液层蒸发机制在汽泡生长初期对汽泡生长有较大影响,流道壁面效应对汽泡生长有显著影响。     

在双面加热的窄缝环形流道中流动沸腾换热研究

在窄缝流道内发生沸腾换热现象时,由于沸腾产生的汽泡受窄缝流道的限制,受压变形而消除了汽泡表面张力对传热的影响。因此对此现象进行基础性理论研究具有很重要的意义。本文在常压下用蒸馏水对窄缝间隙为 0.75mm的垂直环形流道,进行了流动沸腾传热实验研究。实验段的有效加热长度为 900mm,其加热方式为内外侧双面加热,实验的流量变化范围在 1.67× 10－ 5～ 5.83× 10－ 5m3/s。通过实验得到了在不同质量流速和热流密度下双面加热的窄缝流道中内外侧沸腾换热系数随干度变化的分布和特点。研究结果表明,由于在窄缝流道中存在着大量的运动聚合受压变形汽泡,因此使内外侧沸腾换热系数都很高 (可达 105W· m－ 2· K－ 1以上 )。     

矩形窄缝通道流固共轭传热数值分析

优化设计矩形窄缝流道角部非加热区时,需了解该区域固体的温度场及导热机理对换热的影响.本文采用CFD软件CFX对矩形窄缝通道内流固共轭传热进行了数值分析.研究结果表明:角部附近设计1 mm×2 mm非加热区域后,能够有效地避免角部热集中现象,非加热区对流道中间部位温度场的分布影响不大;非加热区域固体设置为导热边界条件时,角部附近加热面上的内壁面热流密度和温度的分布变得不均匀;同体金属材料的热传导使得非加热区域内固体的温度有所升高,有利于提高该区域流体的温度;非加热区域固体设置为绝热边界条件时,等体积热流密度和等壁面热流密度对矩形通道内的换热性能影响不大.     

径向热流密度分布对并联多通道流动不稳定性的影响研究

以去离子水为工质,在系统压力为0.89~1.32 MPa、入口质量流速为500~750 kg/(m2?s)、入口温度58.5℃~132.3℃的参数范围内,研究了5根圆管[长1400 mm、外径Φ8 mm、壁厚2 mm（1400 mm×Φ8 mm× 2 mm）]加热通道内工质向上流动时,在不同径向热流密度分布条件下并联通道内发生流动不稳定时的特征,并对比了其流动不稳定边界。结果表明,在对热通道发生流动不稳定时的参数进行处理时,径向加热热流密度分布对并联多通道流动不稳定边界无明显影响;对于不同热流密度分布的并联多通道结构,其流动不稳定边界和完全对称加热的并联多通道的流动不稳定边界是一致的。