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。     

竖直矩形窄缝通道内近壁滑移汽泡运动特征研究

采用高速摄像仪从宽面和窄面立体可视化观察了滑移汽泡的运动特征.研究结果表明:汽泡脱离核化点后都沿加热面平行滑移,在低热流密度下存在典型滑移汽泡现象.滑移汽泡形状总体呈球形,其前后接触角相差不大.汽泡脱离后初始一段时间内,滑移汽泡速度增加的较快,一定时间后,其速度值超过了当地流体速度.随着运动时间的继续增加,滑移汽泡基本...     

矩形窄缝通道内滑移汽泡生长及界面形态可视化研究

采用高速摄像仪从宽面和窄面观察窄缝通道中孤立汽泡区域内滑移汽泡生长以及滑移过程中汽泡界面形态的变化规律。研究结果表明,在拍摄窗口内滑移汽泡生长速率较小,小汽泡的生长速率略高于大汽泡的生长速率。从宽面观察,滑移汽泡呈近似球状;从窄面观察,平行于加热面方向的轴长略小于垂直于加热面方向上的轴长。总体来说,在本实验工况下,汽泡在滑动的过程中其前后接触角变化不大。     

矩形窄缝通道近壁汽泡滑移和浮升可视化实验研究

采用高速摄像仪从宽面和窄面拍摄、观察矩形窄缝通道内近壁汽泡滑移、浮升运动,发现在加热面倾斜朝上和竖直向下流动沸腾时汽泡易于浮升。汽泡浮升后,其运动速度迅速增加。由于浮升汽泡处于过冷流体中,其界面上发生冷凝,导致汽泡界面形状变化较大。基于可视化实验结果,从受力角度分析不同流动方式和加热面放置方式对近壁汽泡滑移和浮升的影响。     

水平流动沸腾近壁汽泡滑移速度预测及分析

滑移汽泡对提高通道内的换热有重要作用,为建立合理的机理模型,需深入了解滑移汽泡的运动特征.通过对水平流动沸腾下近壁滑移汽泡进行受力分析,研究建立了滑移汽泡动量守恒方程,通过数值求解,获得了近壁滑移汽泡的速度,并与Maity的试验数据进行了比较分析,两者符合较好.模型预测结果表明:随着时间的增长,滑移汽泡的速度逐渐增加,但增加的趋势逐渐变缓;汽泡浮升时,滑移汽泡的速度低于当地液相的速度,表明在该情况下,曳力和汽泡生长所产生的附加质量力为汽泡滑移的动力,剪切升力为汽泡浮升的动力.     

窄流道内过冷流动沸腾条件下汽泡滑移特性研究

对竖直矩形窄流道内的汽泡滑移进行可视化实验,得到汽泡滑移运动的特性和滑移距离随工况变化的特性.建立基于能量平衡的热量分析模型,研究汽泡滑移对换热特性的影响.分析表明,滑移运动的汽泡比周期性固定生长的汽泡所引起的强化换热效果更显著.本文引入滑移汽泡扰动强度的概念,提出了滑移汽泡和固定汽泡扰动所导致的热流密度表达式,并分析...     

矩形窄缝过冷沸腾汽泡滑移起始点可视化初步研究

采用高速摄像仪对矩形窄缝汽泡滑移起始点进行了可视化实验初步研究.实验发现.在1.3mm的矩形窄缝中,汽泡滑移起始点在壁面上的分布呈抛物线形状,质量流密度、热流密度和系统压力对汽泡滑移起始点位置影响较大;表面粗糙度和流体波动对汽泡滑移起始点位置和滑移起始点汽泡尺寸大小有较为明显影响.     

近壁滑移汽泡沸腾换热机理研究进展

在沸腾换热机理研究中,近壁滑移汽泡的研究日益受到广泛的重视.但是,近壁滑移汽泡的研究还远未成熟.本文探讨了近些年来滑移汽泡换热机理方面的最新研究进展.论述了滑移汽泡的动力特性和换热机制;总结了近壁滑移汽泡的换热机理模型及其计算方法.指出了近壁滑移汽泡动力特性所需要继续深入研究的内容,初步构建了近壁滑移汽泡换热机理模型.最后对近壁滑移汽泡的研究方向提出了建议.     

球形燃料孔隙内汽泡生长与脱离

根据汽泡动力学原理及可视化试验结果,分别构建了球形燃料孔隙内的汽泡滑移和脱离模型,并对汽泡受力及传热进行分析,通过计算得到了汽泡滑移临界曲率半径、汽泡脱离半径的变化规律。汽泡滑移时的临界半径主要受颗粒大小影响,颗粒越大,汽泡的相对临界半径r_cr/R_p越小。颗粒半径对汽泡脱离半径的影响最大,颗粒半径越大,汽泡的相对脱离半径r_d/R_p越小。流速、压力、壁面过热度对汽泡脱离半径也有影响,其他条件相同时,流速越大,汽泡脱离半径越小;压力越大,汽泡脱离半径越大;壁面过热度越大,汽泡脱离半径越大。     

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。     

适于窄缝流动沸腾传热的关系式

由于受窄缝间隙几何尺寸的限制，在加热的窄缝流道中沸腾气泡随着其长大和流动将受挤而变形，聚合，其表面张力的作用将大幅度改变，本文通过引入Bond无量纲数来考察窄缝流道的窄缝几何效应和气泡表面张力作用，修正了Chen沸腾传热关系式，并提出了相应的窄缝流动沸腾传热计算的关系式，通过与实验数据的验证比较，修正Chen沸腾传热关系式的计算结果与实验结果比较吻合，因此，该关系式能够用来预测在单面加热窄缝 道中的两相沸腾传热系数。     

窄通道内的汽泡核化以及滑移汽泡的影响

针对不同压力下窄通道内的过冷流动沸腾汽泡核化进行了实验研究,通过高速摄影技术观察了汽泡的核化和滑移过程。实验结果表明,与常规通道有所不同,窄通道内的汽泡一般不会离开加热壁面而产生浮升现象,汽泡主要沿加热壁面进行滑移运动。不同压力条件下的汽泡核化有较大的差别,较低压力条件下汽泡核化点沿加热壁面分布比较均匀,而压力升高后的汽泡核化点主要集中在沸腾起始点附近,下游核化点数目则相对较少。核化点分布形式的不同主要是由不同压力下汽泡滑移特性的不同所导致的。     

Experiments on microgravity boiling heat transfer by using transparent heaters

To clarify the relation between the liquid–vapor behavior and the heat transfer characteristics in the boiling phenomena, the structures of transparent heaters were developed for both flow boiling and pool boiling experiments and were applied to the microgravity environment realized by the parabolic flight of aircraft. In the flow boiling experiment, a transparent heated tube makes the heating, the observation of liquid–vapor behavior and the measurement of heat transfer data simultaneously possible. The heat transfer coefficient in the annular flow regime at moderate quality has distinct dependence on gravity provided that the mass velocity is not so high, while no noticeable gravity effect is seen at high quality and in the bubbly flow regime. The measured gravity effect was directly related to the behavior of annular liquid film observed through the transparent tube wall. In the pool boiling experiment, a structure of transparent heating surface realizes both the observation of the macrolayer or microlayer behavior from underneath and the measurements of local surface temperatures and the layer thickness. It was clarified in the microgravity experiments that no vapor stem exists but tiny bubbles are observed in the macrolayer underneath a large coalesced bubble at high heat flux. The heat flux evaluated by the heat conduction across the layer assumes less than 30% of the total to be transferred. The evaporation of the microlayers underneath primary bubbles just after the generation dominates the heat transfer in the microgravity, not only in the isolated bubble region but also in the coalesced bubble region.     

Isotopic separation of Lithium using Inorganic Ion Exchangers

The authors have been investigating geysering, which may appear during start-up of a natural circulation boiling reactor. From the results, it became clear that a large slug bubble covering the entire channel and its condensation in the upper plenum were indispensable for geysering to occur. In this work, an image processing unit has been developed in order to measure the coalescence process of multiple slug bubbles. The proposed system was used to measure the coalescence process of multiple slug bubbles flow in vertical circular channel on air-water system. It was shown that a following slug bubble was influenced by the preceding slug bubble as the distance between the slug bubbles became 5 times inner channel diameter. The rise velocity of the following slug bubble increased due to the pressure drop induced by the wake behind the preceding slug bubble. The bubbles coalesced together in a fraction of a second.     

竖直窄矩形通道内空气-水两相流中气弹运动速度研究

以空气和水为工质,应用高速摄像仪,对竖直窄矩形通道(3.25 mm×40 mm)内气液两相弹状流进行了可视化实验研究。气、液相表观速度分别为0.1~2.51 m/s和0.16~2.62 m/s,工作压力为常压。实验中发现窄矩形通道内弹状流与圆管中存在较大差别,气弹多发生变形,高液相流速时变形更为严重。窄边液膜含气量较高,在高液相流速时窄边液膜不下落,宽边液膜中含有由气弹头部进入和气弹尾部进入的气泡。气弹速度受气弹头部形状和宽度影响较大,受气弹长度影响较小。气弹速度可由Ishii & Jones-Zuber模型计算,但在低液相折算速度时偏差较大,其主要原因为漂移速度计算值较实验值偏小。     

窄缝通道内过冷条件下单蒸汽泡尾流特性实验研究

单蒸汽泡尾流特性是影响窄缝通道内蒸汽-水两相流流型形成与演变的关键因素,本文采用粒子图像测速仪PIV和Insight3G后处理软件,对窄缝通道内过冷条件下单蒸汽泡的尾流特性进行研究,获得窄缝通道内单蒸汽泡的尾流特性。实验结果表明,单蒸汽泡冷凝上升过程中,其尾流均为涡交替脱落的不对称尾流结构;汽泡直径越大,涡越细长,涡强度越大,大直径蒸汽泡的尾流对周围汽泡的作用更强;流道间隙减小,则尾流中涡强度降低,流体速度减小,尾流对周围汽泡的影响会相应减弱。单蒸汽泡尾流特性为构建窄缝通道内蒸汽-水两相流模型提供基础支持。      

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。     

The growth of sub-critical bubbles on grain boundaries

A coalescence model is developed for the production of creep cavity nuclei. Small pre-existing bubbles situated in the grain boundary are swept by the dislocations responsible for grain-boundary sliding. The bubble motion induced by the dislocations results in bubbles continuously impinging and coalescing. The distribution of bubble sizes is calculated and the nucleus spacing is found for that part of the distribution with sizes above the critical radius. The spacing of nuclei is related to the high-temperature creep ductility of irradiated metals.