不同宽度窄缝通道过冷沸腾

以去离子水为实验工质,在窄缝宽度δ=3、4 mm,质量流速G=143、300 kg·m^-2·s^-1,主流过冷度ΔT_sub=17、25℃,热通量q=1～20 W·cm^-2的参数范围内,对常压下竖直窄缝通道内向上流动过冷沸腾的换热规律进行了实验研究。对不同宽度窄缝通道内的同一区域过冷沸腾气泡演变过程进行了可视化实验分析,发现窄缝宽度因素对过冷流动沸腾的流动换热特性和壁面核化特性影响显著,其中包括沸腾起始点ONB,压降ΔP,传热系数h,汽化核心密度N_a,气泡脱离直径D_d,气泡脱离频率f等。     

摇摆工况下窄矩形通道内两相沸腾摩擦压降特性

为了研究摇摆工况下窄矩形通道内的两相摩擦压降特性,进行了一系列的热工水力实验和理论分析。结果表明,摇摆工况下流体会受到附加惯性力的作用且实验回路的空间位置也会出现周期性的变化,两相摩擦压降梯度的波动振幅随着摇摆角度和摇摆周期的增加而增加;随着通道热通量的增加或者系统压强的减小,两相摩擦压降梯度的波动振幅和时均值逐渐增加。窄矩形通道内的质量流速随着两相摩擦压降梯度的波动而波动,且具有相同的波动周期,由于流体加速和压力传播的速度不同,流量波动和摩擦压降波动存在约1/4周期的相位差。     

垂直矩形窄缝通道内气液两相流型的研究

本文研究了矩形窄缝通道内气液两相流的流型.用目测和摄影方法得到气液两相向上并流的流型.用x-y函数记录仪测得各种流型下的压差频谱图.作出了以1/X_(tt)～G_t和j_(?)～Re为坐标的流型图.作者还用Lockbart-Martinelli方法计算了矩形通道内气液两相流的压降,并与实测值进行了比较.     

矩形微通道内两相流摩擦压降特性及计算方法

使用表面张力不同的纯水和乙醇作为液体,用氮气作为气体,在水平矩形微通道(dh = 0.29 mm)中开展两相流摩擦压降的实验研究,对通道进出口的压力进行了测量.结合流型说明了表面张力对摩擦压降产生的影响,并将实验压降值与均相流模型和分相流模型的预测值进行了对比,结果表明:在低压降区域,均相流模型预测值与实验值符合较好....     

摇摆条件下圆管内过冷沸腾局部空泡时空分布特性

过冷流动沸腾在核能、动力、化工等工业领域广泛存在,局部空泡分布特性的准确预测对构建两相流数理模型及两相流动压降和传热特性计算均具有重要意义。实验借助光学探针测量手段研究摇摆条件下圆管内过冷沸腾局部空泡分布特性,并提出多周期同相位叠加方法获得摇摆运动条件下局部瞬时空泡份额。实验结果表明:摇摆条件下圆管内局部空泡分布呈现周期性波动规律,摇摆条件下圆管轴心区及近壁区均会出现局部空泡份额峰值,且流道近壁区局部空泡份额波动幅度最大;与静止条件下不同,摇摆运动周期内过冷沸腾局部空泡份额空间分布形态随时间发生变化;摇摆周期和摇摆角度对过冷沸腾局部空泡分布特性也存在一定影响。     

基于流量振荡的窄矩形通道内临界热通量机理模型

设备最大运行功率受临界热通量(CHF)限制,而流量振荡会导致沸腾危机早发,此时的临界热通量称为PM-CHF。为了研究流量振荡条件下窄矩形通道内的临界热通量,进行单侧加热窄矩形通道内竖直向上流动条件下沸腾危机可视化实验,实验工质为去离子水,质量流速范围为350~2000 kg/(m²·s),窄缝宽度范围为1~5 mm,系统压力范围为1~4 MPa。结果显示,在窄矩形通道中CHF随质量流速的增加而线性增加。当流速较小时会发生流量振荡,振荡周期约为0.1 s。流量振荡继而导致沸腾危机早发,其流型表现为弹状流-搅混流。此外,针对本实验观察到的流量振荡和窄矩形通道内气泡动力学特性,从流量振荡的角度进行理论分析与推导,建立窄矩形通道内由于流动失稳引起的PM-CHF机理模型,预测误差在30%以内。     

基于流量振荡的窄矩形通道内临界热通量机理模型

设备最大运行功率受临界热通量(CHF)限制,而流量振荡会导致沸腾危机早发,此时的临界热通量称为PM-CHF。为了研究流量振荡条件下窄矩形通道内的临界热通量,进行单侧加热窄矩形通道内竖直向上流动条件下沸腾危机可视化实验,实验工质为去离子水,质量流速范围为350~2000 kg/(m²·s),窄缝宽度范围为1~5 mm,系统压力范围为1~4 MPa。结果显示,在窄矩形通道中CHF随质量流速的增加而线性增加。当流速较小时会发生流量振荡,振荡周期约为0.1 s。流量振荡继而导致沸腾危机早发,其流型表现为弹状流-搅混流。此外,针对本实验观察到的流量振荡和窄矩形通道内气泡动力学特性,从流量振荡的角度进行理论分析与推导,建立窄矩形通道内由于流动失稳引起的PM-CHF机理模型,预测误差在30%以内。     

三面加热窄矩形通道内饱和沸腾起始点的实验研究

以去离子水为实验介质,对截面为3 mm×43 mm的三面加热窄矩形通道内饱和沸腾（FDB）起始点进行了实验研究。分析了部分热工参数对饱和沸腾起始点的影响,对三面加热窄矩形通道内饱和沸腾起始点的数据进行非线性回归分析,得到适用于三面加热窄矩形通道饱和沸腾起始点热通量的经验关系式。结果表明：新拟合得到的关系式能较准确地预测三面加热窄矩形通道内饱和沸腾起始点的热通量,其预测值的相对误差为15.17%。将新关系式计算结果与现有实验数据进行比较,源于单面加热窄矩形通道的实验数据与新关系式符合程度较好,表明新关系式可适用于单面加热窄矩形通道。     

垂直窄矩形通道内流动沸腾传热研究

在热虹吸条件下，实验研究了缝宽接近于气泡脱离直径型的窄矩形通道内流动沸腾的传热特性。发现其对流蒸发传热中有时处于过渡流状态。首次为对流蒸发传热系数建立了一个通用算式。还将该算式与加和模型相结合，为窄矩形通道形成了第一个完整的流动沸腾传热算法。该算法的预测值与实验数据相比，其平均绝对偏差为１４．９％。     

自然循环条件下窄通道内气泡速度特性

气泡运动速度是气泡行为重要参数,对建立完善的气泡换热机理模型具有意义。以水为工质开展自然循环流动条件下窄通道内气泡速度特性实验研究。分析了单气泡和气泡群速度变化规律、影响因素以及引入摇摆运动后的速度特性。气泡速度主要取决于气泡尺寸和主流速度两个因素,摇摆条件下气泡速度会发生周期性波动,竖直稳态或摇摆动态条件下气泡形心液相速度与气泡速度近似相等。     

竖直窄流道内过冷流动沸腾的单汽泡生长模型

The process of bubble growth on heating wall in subcooled boiling includes the micro-layer evaporation on heating wall and the bubble top coagulation when the bubbles grow to a certain size and emerge into the subcooled mainstream fluid. Based on this consideration, a model for the single bubble growth of subcooled flow boiling in vertical narrow rectangular channel was proposed.Compared with experimental results, the error of the simulation results using the proposed model is less than ±25%. The simulation results indicated that as the wall superheat increases, the bubble growth gets faster, with the subcooled degree of mainstream increases, the bubble growth in later stage would be slowed, with the contact angle increases, the contact radius of the bubble bottom and the wall tension would be strengthened, resulting in faster bubble growth to make the bubble to be flat and more easily exposed to the mainstream. The velocity of mainstream has no significant effects on bubble growth rate.     

Subcooled boiling oscillations in natural circulation boiling loop at low pressure

Flow instabilities in a natural circulation boiling loop at a low pressure are reported. The oscillations at boiling incipience are primarily chaotic and bifurcate to quasiperiodic ones depending on inlet subcooling ΔT_sub and heater power Q. They also strongly depend on water volume Φ in the loop. We have presented power spectrums, attractor reconstructions, and Hurst exponents for the analysis of the experimental data. The analysis shows that the primary oscillations are very similar to geysering instability. Chaotic oscillations occur at low ΔT_sub or high Q, whereas quasiperiodic oscillations occur at high ΔT_sub or low Q. Our experiments also suggest that wall superheat exceeding a critical value triggers the instability. © 2013 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 60: 375–386, 2014     

矩形通道内低压自然循环压降型脉动及其复合型脉动可视化研究

以去离子水为工质,对矩形通道内低压自然循环压降型脉动及其复合型脉动进行可视化实验研究,利用可视化手段拍摄脉动过程气相分布状态图像。通过流量脉动曲线与图像进行对照,分析流量脉动的物理过程及产生机理。实验过程中发现4类动态不稳定性：第Ⅰ类密度波（DWO_Ⅰ）、压降型脉动（PDO）、复合型脉动（SPO）及第Ⅱ类密度波（DWO_Ⅱ）。重点分析了压降型脉动与复合型脉动产生机理、影响因素及流动不稳定性边界。实验研究发现,受矩形通道挤压效应及稳压器内部可压缩空间影响,工质在稳压器和循环回路之间往复波动,形成压降型脉动,增大加热功率压降型脉动会叠加第Ⅱ类密度波形成复合型脉动。两类脉动的起始点会随入口过冷度增加呈现偏离趋势,并且压力增加,偏离趋势会随之增大。通过相变数、过冷度数等无量纲参数绘制了压降型脉动不稳定性边界。     

棒束通道内自然循环流动阻力特性

在自然循环条件下,进行了棒束通道内的流动阻力特性实验研究。结果表明,棒束通道内的流动摩擦阻力系数小于Cheng&Todreas关系式的预测值,且转捩现象不如圆管明显,转捩点Reynolds数为800左右。根据实验结果拟合了层流区的摩擦阻力系数计算关系式,该关系式仍然符合圆管中层流摩擦阻力系数的计算形式。另外,棒束通道的流动在自然循环条件下仍具有宽广的过渡区。通过实验还发现,加热段的热通量会影响棒束通道的摩擦阻力,摩擦阻力系数随热通量的增大而减小,并根据实验结果提出了不同热通量下摩擦阻力系数的黏度修正计算式。棒束定位格架的局部阻力没有明显的转捩现象,并根据局部阻力系数的变化规律拟合了Re < 1500和Re > 2000时的局部阻力系数计算关系式。