海洋条件下局部汽泡行为及沸腾换热特性研究

发布时间：2020-09-17 18:56

　　处于海洋条件下的核动力系统,其内部的沸腾换热设备将处于海洋条件所致的变化的加速度场的影响下,本研究的目的在于探索和解释海洋条件对于过冷流动沸腾汽泡行为和换热特性的影响方式、影响程度以及影响机理。采用高速摄影技术和数字图像处理技术对处于海洋条件影响下的过冷流动沸腾通道内的汽泡行为进行了可视化研究,与此同时获得了过冷流动沸腾换热数据。所采用的实验段为竖直向上流动的矩形单面加热可视化通道,工质为去离子水。实验的系统压力范围为0.1~0.6MPa,质量流速范围为250~750kg/m~2s,壁面热流密度范围为50~500k W/m~2,入口过冷度范围为4~36℃。结合以往研究和本实验所获得的汽泡图像将过冷流动沸腾通道内的汽泡分成了两类,定义了表述汽泡类型的参数,得出了预测汽泡类型的方法。分别总结了两类汽泡的基本特征参数,第一类汽泡的基本特征参数包括汽泡最大直径、汽泡最大直径时间、汽泡浮升直径、汽泡滑移运动速度、汽泡核化密度以及汽泡核化频率,第二类汽的基本特征参数包括汽泡平均直径、汽泡接触直径、汽泡滑移运动速度以及汽泡数量密度。分析了热工参数的变化对两类汽泡参数的影响,得到了一系列新的预测上述汽泡特征参数的模型和关系式。通过考察倾斜和摇摆运动条件下的汽泡数据可以发现,所提出的模型和关系式同样适用于倾斜和摇摆运动条件下汽泡特征参数的预测。分别建立了基于汽泡行为分类特性研究的过冷流动沸腾换热模型,所构建的模型对于壁面热流密度的误差小于±35%。两类汽泡基本特性的差异决定了二者对过冷流动沸腾换热影响的不同机理,汽泡运动和浮升所导致的瞬态导热量对过冷流动沸腾换热贡献较大。与海洋条件下的过冷流动沸腾换热数据的对比结果表明,本研究所提出的换热模型适用于海洋条件。海洋条件对于反应堆热工水力系统的作用是一种系统性、综合性的影响,对于过冷流动沸腾换热的影响主要是通过汽泡行为进行作用的。海洋条件对于汽泡行为的影响主要包括海洋条件所引入的加速度场的直接影响、热工边界条件的改变以及非稳态因素。对于本研究所针对的系统,海洋条件的影响主要体现在热工边界条件的改变上,加速度场变化的直接作用和非稳态因素的影响相对较弱。
【学位单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2015
【中图分类】：TL33
【部分图文】：

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.2 海洋条件下热工水力相关研究总结.2.1 海洋条件影响组成处于海洋条件下的船舶在航行过程不仅伴随着自身动力系统的推进而产生，而且会受到海洋运动的影响而产生运动。前者主要包含了船舶的平移运动和运动，后者主要包括海风以及海浪砰击的影响。船舶的平移运动包括了起伏、横荡以及纵荡，如图 1.1 所示。横荡和纵荡不垂直方向上的加速度场造成影响，而起伏运动由于和重力加速度方向是同向的而会改变垂直方向上的加速度场。基于上述原因，在有关海洋条件下热工水力的研究中，船舶的平移运动所造成的影响里面起伏运动最受关注。船舶的旋转包括了横摇、纵摇和艏摇三种运动，横摇和纵摇统称为摇摆运动，摇摆运动导统多个方向上的加速度发生改变。船舶的旋转还会造成倾斜，由此改变系统所加速度场，类似于海风的作用。

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洋工况下实验研究的热工回路系统。实验装置和确性，决定了实验结果及其后续理论分析结果的验内容和方法以及误差分析三个方面对本研究中中涉及到的实验装置主要包括摇摆运动平台、实摆运动平台用于模拟本研究所需的海洋条件，实沸腾汽泡行为和沸腾换热实验的进行，数据采集数据。平台所需的海洋条件在摇摆运动平台上模拟获得，摇

摇摆运动

同样，摇摆运动的实现要首先通过计控制系统控制液压驱动系统实现正弦摇摆运动间的变化规律可以表示为下式 02sinmt tT 运动的最大角度，T0为摇摆周期，分别将瞬时导数之后可获得摇摆运动平台的角速度与角加 0 02 2cosmt tT T 20 02 2cosmt tT T 的实验段为单面加热的矩形通道，在倾斜条件。为了研究方便起见，摇摆运动平台角度的定流道加热壁面

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