三面加热窄矩形通道内汽泡行为实验研究

发布时间：2020-06-06 03:12

【摘要】：窄矩形通道具有结构紧凑、换热效率高等特点在核动力系统、微电子冷却系统、航天器冷却系统等领域得到广泛应用。窄矩形通道由于几何尺寸限制与常规通道内汽泡行为有所不同,所以窄通道内汽泡行为已成为近年来的研究热点,目前已有文献已针对单面加热通道内汽泡行为进行了大量研究,然而实际加热的窄矩形通道内窄边拐角处热流密度大且热边界层的相互扰动所发生的复杂汽泡行为与单面加热通道有所区别,因此,不能简单使用单面加热流道内汽泡行为进行模拟实际加热窄矩形通道内拐角处所发生的汽泡行为,基于此,该课题选用三面加热窄矩形实验段通过图像处理分析法针对窄边拐角处汽泡行为进行了深入研究。通过观察汽泡行为的实验现象,对三面加热窄矩形通道内单汽泡生长过程的基本特征进行分类总结,研究结果发现4类典型汽泡行为:窄矩形通道内窄边拐角处汽泡分为浮升、聚合、连续性生长三大类,中间加热面仅观测到一类单汽泡快速生长。与传统单面加热面相比,拐角处的汽泡脱离直径更大,汽泡发生的变形更明显。在高过冷度下汽泡底部最先开始发生变形,在中过冷度下汽泡的底部和顶部都发生不同程度的变形,而在低过冷度下汽泡的生长形态保持一致。针对窄边拐角处汽泡行为特性进行了定量分析研究,研究结果发现在整个窄矩形通道内汽化核心密度成U型分布,当改变不同壁面过热度、主流过冷度及质量流速时发现窄边拐角处汽泡脱离频率仅随着壁面过热度的增加而增加,汽化核心密度不仅随着壁面过热度发生改变且与同一水平方向位置有关,汽泡脱离直径则与壁面过热度、主流过冷度及质量流速的综合影响有关。并将实验结果与常规尺寸通道和单面加热窄矩形通道模型进行对比分析,发现实验结果与已有模型并不适用,基于汽泡动力学参数的影响因素提出窄边拐角处汽泡行为的预测关系式,并与实验结果相比较,误差均在±30%以内。
【图文】：

矩形通道,当量直径

图 1-1 窄矩形通道道尺寸和常规大通道的划分标准至今尚未有统一的定义当量直径进行划分窄矩形通道和常规通道，Mehendale[7]当量直径为 0.1mm 和 6mm，Kandikar[8]则认为当量直径实际应用中将宽窄边尺寸比例为 15-20 倍的矩形通道称 1-1。表 1-1 通道尺寸划分标准微通道(mm)窄通道(mm)中间尺度通道小通道0.001 < De< 0.1 0.1< De<1 1 < De< 6 0.01 < De< 0.2 0.2 < De< 3 0.001 < h < 1 1 < h < 3

辅助系统,实验段,预热器

图 2-3 实验2.1.3 辅助系统（1）预热器本文实验过程中采用额定功率为 80kW节功率将实验工质在预热器中加热到实验段据实验所需设置的入口水温在预热器的可调保温层将预热器出口与实验端入口管道外层（2）换热器实验选取由青岛信泰压力容器生产的型18 根内径均为 14mm 不锈钢换热圆管组成，，为 250℃，实验过程中从实验段出口流出的方式流经换热圆管外部将两相工质冷却为液（3）稳压系统实验过程中稳压系统主要由稳压器、4
【学位授予单位】：东北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TK124

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