摇摆对窄通道内自然循环条件下气泡行为影响研究

发布时间：2020-08-29 12:27

　　过冷流动沸腾广泛存在于船舶动力、核能安全以及工业生产等领域,自然循环、微通道、海洋等非常规条件对其换热效率具有显著的影响。为能深入揭示摇摆运动、自然循环以及窄通道条件下的沸腾换热影响机理,利用可视化技术开展了摇摆对窄通道内自然循环条件下气泡行为影响研究。实验段是窄矩形单面加热可视化通道,实验工质为取离子水,采用高速摄影仪获取通道内过冷沸腾气泡图像。对气泡图像经过一系列数字化处理,获得气泡特征参数。实验中系统压力维持在0.2 MPa,热流密度范围为100~300 kW/m2,入口过冷度范围20~60K。竖直静止条件下进行了单汽泡行为和气泡群行为研究。通道内存在两类不同的气泡:快速生长冷凝气泡和缓慢生长滑移气泡。针对不同类型的气泡分别讨论气泡生长过程中直径、接触直径以及速度的变化规律,分析了气泡直径和气泡速度之间的关系,并验证已有气泡生长模型的适用性。对气泡群直径和速度统计分析后发现,气泡直径分布符合对数正态分布,气泡速度分布符合正态分布。分析了热工参数变化对气泡平均直径、气泡平均速度和气泡密度的影响。基于气泡直径主要影响因素,拟合得到气泡平均直径计算模型。明确了气泡直径和主流速度对气泡速度的影响机制,气泡运动过程中速度与形心当地流体速度相等。为探索稳态条件下自然循环气泡特征,开展相同热工参数条件下强迫循环实验,并对两种循环方式下气泡行为进行对比。摇摆对气泡行为的影响研究建立在竖直稳态气泡特性基础上。开展了不同摇摆参数条件下实验研究,给出了热工参数、气泡直径、气泡速度和气泡密度随摇摆的变化规律。对气泡进行了受力分析,讨论了力场改变对气泡行为的影响。摇摆对气泡直径的影响机制与稳态条件下相同,稳态条件下得到的气泡直径计算关系式适用于摇摆条件下气泡直径计算。摇摆对气泡速度的影响主要通过引起流量的波动实现,气泡速度和形心当地液相速度相等,摇摆引入的附加力对气泡速度的影响可忽略。摇摆引起的气泡密度的波动幅值大于气泡直径和气泡速度的波动幅值。相同摇摆工况下,自然循环条件下参数波动幅度远大于强迫循环条件下气泡参数波动幅度。
【学位单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TL33
【部分图文】：

向上流动,气泡,受力,受主

竖直向上流动气泡受力目前许多学者对计算表达式进行了一系列研究，基本确定气泡所受主要力的表达形

示意图,实验回路,实验装置,示意图

分别为实验回路，摇摆台，可视化系统，如图 2.1 所示。图 2.1 实验装置示意图2.1.1 实验回路由图 2.1 可知，实验回路由两部分组成，主实验回路以及冷却回路。主实验回路整体布置在摇摆台平面上，随摇摆台平面一起运动，主实验回路与冷却回路通过软管连接。主实验回路为立式自然循环回路，主要包括预热器，实验段，冷凝器，稳压器，实

实验段,热电偶

实验段横截面图

【参考文献】