低压低流速条件下的过冷沸腾换热特性.docx

1、泉子前科学技2QE8*F(ex-8低压低流速条件下的过冷滞腾换肱特ttBOOOifKOE«OSifOI£OIJ)H成荀at东降i是大学故妄至与仿真技术网饬重点学科实验室jta监木隔4K=；">sGOD1>摘要为探究低压低流速条件下的过冷沸腾换热特性折展本实验研究通过分析实验中采集的热工参数和可视化图像捺究了沸腾滞后现象碧腾失稳现象以及沸腾换热特性实验发现沸腾起始点壁面过热度较高而沸腾的发生大幅提高了换热系数用此出现了显著的沸腾滞后现象实验中较为光滑的加热面可达到较高的过热度而低压下快速产生的气泡尺寸较大&较低的热流密度下气液界面发生剧烈变ItJ

2、OOM小OOO'It%Oi«OBOOO心FQ1关系式和1画=9OiflSOO修正用使过冷沸腾换热系数的预测精度大幅提高冷沸腾端腾换热薮化点部腾滞后文航标志酉A文章编匚L*31讨:1OOOOfflJfflJ?lAOitI®Mit式沸腾换热系数进行关键词主:中国分类号:yoysGfK=8<nacFF£D7X3flD9N"XVBOT$I-DJ"T,gr'UD1XVM9h?P_PP/"XVPQiYwUA<HePe1TA(*005*丁,HUA<*IQ)>VA<*Xtfcr5-/VUXO5tfa&am

3、p;35czz/fearJct>cz5=>Cra二Hc4jnErr£n3LGOD1Crc£)妄=A1epPP"5GTvm或Cm.oKtePDCWi3!"5p_3宙丁叱wFtil喧y?s"CQPvFzw-&QQ*ra七«PIcCCPCyQxiQra§GiW成,raw，.c?qrjpslOPteFtil1"1"rQfeG21GDleQ826Z5.2.T"'FMWd0匕,0OO0.MAE=37.2%+50%-50%Shah新关系式2.65.27.8方ex"(kWm

4、-2.cT)图A考虑层流区挽热的过冷潇腾换热系数对比b冬R2i坷巳皿二寸建*?11OFzwGt?也gGbHgCTfcP相关研究表明弹纯表面粗糙度个参数不足以描述表面特性对沸腾换热系数的影周围匚顼其是氏勤蒲务件下JOOIIIIMOfiOOeACOI验中由于加热表面核化孔穴尺寸小且数量少>匝【速5Oi®i失稳现象针对该情况怀文提出通过壁面过如度孙池式并传我珞务资龙行修正见QjqpsX式中CP)00衣乙利Z分抑为里面过热度利流体饱和温度囹8为修正二户一vr积p1OOI菅与实验值的对比，修正后平均绝对误差仅为P4N%萤rtinnooofo/?exp/(kWm-2-1)®8修正

5、r。一VTP1。1关I式预测结果与实验值对比号8bPCS也胃_vr伊bGbHFfcpHQOepfir寸GOQ对误差较小J旦在高换热系数情况下预测值仍偏小M是因为热流密度较大的情况下流型发展为弹状流.甚至出现了环状流.沸腾换热形式由核态沸腾转变为对流沸腾期对流换热系数和池式沸腾换热系数叠加方法所得公式的适用性受到限制应指出上述修正系费仅为针对本实验段表面特点而获得为不同特性的加热表面.其修正系数的参数可能会有所变化>更为通用的高精度模型则依赖于加热表面对沸腾换热影响方面研究的突破4结论本交通过实验研究了低压低流速条件下的过冷沸腾换热特性生要关注了沸腾滞后现象沸腾失稳现象以及沸腾换热特性联得

6、的结论如下%r)加热表面核化点的缺乏导致了较高的沸腾起始点壁面过热度而低流速条件下对流换热系数低排腾的发生则大幅提高了换热系数材此出现了显著的沸腾滞后现象低压条件下扃壁面过热度下快速产生的较大尺寸气泡与过冷流体接触可在较低的热流密度下引发沸腾失稳现象=)SOOftT顼万号383MJfflH/rQ1关系式关系式项座高il冷带唐换相关系式的适用性为考虑高壁面过热度与沸腾失稳现象对换热的影响别入壁面过热度对池式沸腾换热系数进行修正吏过冷沸腾换热系数的预测精度大幅提局参考文献二PC壬也JES凄小样JIioocii?原子能布学技术得刊、司日1-VA(*CiGFa，VA(*FGb.-|l>«

7、;i51S礼§C?.心FtoWFtiraTIeTCJxytw-ixD1ocopLjI?Atncest"CfeKfeG?QlYSh,4.冬C5p->=PPR1令bii*>.EAHVADIR,UE(oT,oAVAT-EFFPte1sp心*UULTI,l(A*A->Ir,Ho(*C-*5FRtfeQRWarpso1eG忠b-i-Ct产FPteeMD1RSVaDDHTTO31EeBa>W1。W<8>34EBEUE<oI,HATToFMw-ViDtFFPteP、CTfc>-ii1CP*53pGKOid10>Qs5l产FFtee-p

8、DgRiiWpaQIjFnGTfcJOGtTeKfeo1Vi>Z<pRCteHTTO-OaClzCTO1宁GTFtKa寻R&eWsp/MCCTtwRiaDC-rX7fc><?JtFPPHTQOM整伤JtJt?J-O1tftIEilBOO14ODD子散科学技术,P4000=8>J=8t-BAo7G,CHE(囱靠XUJEFFGTo1pO乜PSTzw-R23E5RzSVHzwi1WTEFCi1b一xy号FteDE-At>->E曰亏生PCfeQCHPcbT>勺4产O8U=8=8ib。匪&BdURDoB.EBTRADE,DIX/AFCOP,

9、点Q-VTFSTeKfeo1peQbpct?RzWa=oifeKfeosnaacT1与taDE-azkxrGt?toQOrn3fe3e<fe,ns.84-4D-ECwUA(H,TA(*,CHE(*>必a9r-GtoKPtwRSF1白rcdtpG?Q-rbAOrocrc?pwFfes气砖。rncjfcj<?Gtraetfeo1(sCK?曰自-bCk二A*VEMJ18&cJBRABoCCE-1A-»Ho，*VoFrTHD°寸aA->dQbQ5<?"Hg1'aKPE-QkjtjgQiDxi步GSCTd1bFzwRWaq-rc

10、c?DE-EgiP1。丁乜gfq*叩Qeus4.mAARA/v!Al*T*,VAHVoUDE(<l(*D8crbCRiXJi1=6bR-AAVEED->IUJ,VICTB=To(RH*-Aae?C£5rte-"CTfcPP"CJQCFFQaoHzwRziS号FQCXD1ocP?ati1LJEOPPtraJtPBbHTCFQMTCF3SD1K'9AU-POEVo*CIII,BRoDB4J-DR?b飞pfQf5cyrs二a!WFeai1aQDE-FtiCC1!Ce1V9=E*HAHV(swGSHTfc)1PFtiTaCt££TF

11、DC-E-pe"1©1TPG?Q出PaEwUA(H,TA(*,DUV£QHmcBecFm产FPte*CKTiD1FdGbro1伯孑目宣ocrUI?r>E*oJtFBbHTQOVCTQ13FtSaTidcrgQ1*DDrncjiDC?JbFFQbTPP8=A)-AlDITTLrr4bcFteXEOSbpw产0r>袒ptraGtr1件peDDHTQOXX*o(JD,GbTTo<VAAXCE1-1BP-rXiTiD1i1>e>TC?号FfeV-(qjveP?CTbd13t)1A，pj3eQlQCO,tw3J|?rnarfc)OJb?BbHT

12、QQTi十tw»pe9>pa)M»3G?Qr号DE-r«袒PfciOCmE1颉9=«-破COOFB4V*-HTDJVrXW*CKfepsi?FtilaQXAlfeOaeO1iOfc)1sCptpe"IVEwwJVE*PHAT-A3QK>yyp二E&Ra9-DFVIVC,CoCEDEV,*UIREJEQ-o1寻F3fe"t?教1-QObFQjdKJHzwFtSSac?aQcrg?q句灰?DD-EsiPBTPQO出CTCfeCfe勺3RrigEentiP西孕琢H-.上-Ui-t潜I*JJT小8字kH>朝导!=II

13、1卜g国i-nm*me-W-W44s*nnr(§feBO«与产FFCWqtiErCTTzw乜"Qter寻Qqop苴沔KgvnaoAPGFrecrcBro<fecrtwrk,p>-山七产FFte.55feGPFFPW1。枣(MTfcP-r1*epG-PD寻RiiFtiVa"CF3,CFdPQyi目CgPPP1关QKFte-eFOQ1QyGTfcTC?Q声PAete5bG3C?TfeieQTfc)1T*O31nC?QPvCrm5pe«-零bFdCFPpad»7GQs'-TieaR>ep«F乜G31gEQ

14、bereeCfcTGE?Bc5P电®50Ril3P3QTfe寸."9rQ<*二寻RiiFzw；lSCCTd1；RWa二553由于过冷沸腾具有高效的换热能力舆广泛应用于核能E工通冷及航空航天等工业领域在核反应堆中的压水堆运行在高温高压情况下*iffO1也成高JtREAFI反应堆热工水力分析程序中模型的适用参数范围也较高翼序对低压低流速条件的模拟能力有待改善在近年来的先进反应堆设计中广泛应用了非能动安全技术其中自然循环等非能询过程的I1tIAPKED等段E站的帝分安全系统运行压力也较低咽此有必要对低压低流速条件下的过冷沸腾换热特性进行研究过冷沸腾现象涉及的传热传质过程极其

15、朗%攵置EE01010001热特性研究中发现汽泡脱离直径对换热系数存在关键影响质过冷沸腾中气泡又存在多种生瑜冷I行为iooIroo®otc%此外jirotooo多通道几何尺寸口热面微观结构等都会产生影响加光滑表面被氧化后其润湿性增加月致港膺&常点五热go&ciJiImfto圭的气泡尺寸较大,随后与过冷流体接触引起气液界面的剧烈变化低流量条件下换热系数低高壁温容易得以维持我上述现象持续进行人而影响换热特性因此为研究低压低流速条件下的过冷沸腾换热特性折展本实验研究泵主滤器项量计顶验段J1察段和管路等组成温控水箱可通过集水箱与大气相连>保证系统压力为大气压温控水箱内的

16、水温通过电，实验系统J、OSI实验回路如图所示=，由温控水箱。齿轮加热棒的功率和怜却盘管内冷却水的流量协同调节蒸储水自温控水箱流出后由齿轮泵加压握过过滤器后冲质量流量计测出流量,随后进入实验段n经实验段加热后流回温控水箱A完成循环OImInun6ci±o(，°1O一GCHOCnrrOt项D氛段长燹为*GD-O±O-5顼'壁面机fiU00±Qs询可布置9个丁型Offi%5其明腐卖52段料律为QrX-FOtn受镀膜工艺的限制撤膜玻璃管加热段的长度为石|otmIoffiiw<OQ±Os),_lOOT5fTI1热电偶熬电偶与实验段表面之间

17、通过厚度为为为oot)1ooot%席改中的询量采用EK-FC?惫Plo-ePtF0B8yOyjOOo-BQtEJOO1号为足差为±oo=z%压*TDBOIo-BQtEJOO1号为足差为±oo=z%压*TDBOI流量计标称口径为4rr测量范围为才O-M1噎大*1量设君为i*数宣的ztO"15Z%ntomnso«ooaItiF%49-O15OPD-FQ项卷为重似韦东_-5GDGODFQj1is1为量卷的ztOQPZ%l%晴切为osTOIOJoowo=c%电流由三位半精度的数字电流表测量电压由四位半精度的数字电压表测量J*实验方法实验采取恒定入口温度与入口流量

18、必渐增加加热功率的方式如单相换热逐渐过渡到过冷沸腾换热工况实验过程可分为实验准备齿轮泵电加热器直流电源伺服控制器控制与采集系统观察段观察窗集水箱冷却盘管流量计温控水箱过滤器不锈钢实验段图r实验回路示意图与正式实验两个阶段准备阶段主要完成除气工作正式实验中朋节阀门与齿轮泵J吏回路流量达到设定值调节加热棒功率与冷却回路流量,将实验段入口水温冷却至所设定入口温度开启实验段直流加热电源其择稳流模式进行加热逐渐加大功率值至壁面最高温度接近流体饱和温度待出口温度与壁温等参数稳定后况录电压屈流值步通过采集系统保存稳态流动下的实验数据可视化实验中疝采集系统保存数据的同时折始拍摄升高实验段加热功率催复上述步骤完

19、成不同功率条件下的实验待出口温度达到饱和温度后核组工况完成调节入口过冷度或平均流量套复上述步骤芫成不同入口温度与平均流速工况下的实验漆验参数列于表-n实验中流速较表'实验参数参救值系统u力n/roo-OiuI厂台，14q入口过冷食PA3ISO京J八NP低航动处于层流区和过渡区其单相换热验证如图n胧示实睑费明处理方法可参凡攵就F图a稳态流动条件下的单相换热*实验结果JOI后i象从沸腾起始点起摊道中开始出现气泡奥热机理也由单相对流换热变为核态沸腾换热气泡产生过程一方面通过汽化吸收大量热量,另一方面气泡的生长/凝与运动可使流体交混程度加强咽此沸腾的发生使换热系数得到较大程度的提高在热流密度一

20、定的条件下,沸腾前沿向上'游传播的现象气相发生剧烈变沸腾的发生会使壁温下降菸种由沸腾起始引起的壁温下降现象称为沸腾滞后由热流密度计If公式<?知Ji1OIOO度由沸腾起始点壁面过热度项体过冷度及沸腾前后换热系数的变化决定沸腾起始点壁面过热度与加热表面情况必力顶体过冷度及换热系数等参数有关在流动通道内J弗腾前换热为对流换热,沸腾起始后一般为核态沸腾换热J3此沸腾前后换热系数的变化与沸腾前的流速及沸腾后的气泡行为直接相关真泡行为又由加氛素而肯况。化4大分布JIft等-压力项速Jt面过热度及流体过冷度决定综上可知拂腾滞后现象受表面情况麝力项速及流体过冷度等因素的复杂影响在强润湿性电子制

21、冷液流动沸腾中袖于较大的核化孔穴会被淹没身致沸腾起始点壁面过热度较高拂腐滞后现豪成为显著&E%Oi愤腾引起的换热强化作用较弱拂腾滞后现象会消失本研究中仙于加热表面核化孔穴尺寸小导致沸腾起始点过热度较高八口流速低导致对流换热系数低,因此观察到了图=中所示较为显著的沸腾滞后现象4=一70勺）式中O'O8OOIk和z分别为壁面温度和流体温度图=稳态条件下沸腾滞后现象号=图=稳态条件下沸腾滞后现象号=(VEMNM由于缺少核化点>壁面过热度高>在实验中发现气液界面失稳现象唧气相发生剧烈变形,破裂为多个小气泡=，小气泡成为核化点=，并导致形厂方面是因为流体过冷度较高时发生的冷凝

22、作用较为剧烈国一方面是因为壁面附近流体过热度较高时发生的沸腾作用也较为剧烈另外如壁面核化条件不理想而导致的上游壁面附近流体过热度较高是沸腾前沿得以向上游传播的条件上述沸腾失稳现象只在入口过冷度放高的浦况下发生项与y淄r尹匚在研先徵气的ooIot-1在丸冷度MDC认上此项的会园躬面不稳定任而破裂为很多小气泡卿为此处观察到的沸腾失有或豪图4为H2PS与U*D毕与本实教中观察到的小气泡产生前气液界面的扰动情况上述现象发生在较大的蒸汽体积处于较高的流体过冷度时本研究中壁面较为光滑咽此可达到较高的壁面过热度本低压下所产生的气泡尺寸较大咽此可在较低的热流密度下发生沸腾失稳现象文献8本实验国4ttBEoOI界而扰却号4TCTd1p-BKjqp寸经I的-vr号。就冷崔H换期慎型认为过冷沸腾中无净蒸汽产生必I此不考虑换热增强因素我时可将单相换热系数从总的换热系数中分离人而获得沸腾所致的换热系数通过对比单相换热系数与沸腾所致换热系数的演化可评估对流因素与沸腾因素对总换热系数的贡献图3为单相对流换热系数逖腾所致换热系数与总的流动沸腾换热系数随热平衡含气率17的变