过冷度对窄缝通道内单蒸汽泡运动特性影响的实验研究

发布时间：2021-10-13 04:59

　　对窄缝通道内过冷条件下单蒸汽泡运动特性进行了实验研究,分析了过冷度对单蒸汽泡运动特性的影响。实验结果表明,过冷条件下,单蒸汽泡在上升过程中,其尺寸不断减小,形状也不断改变;单蒸汽泡界面存在冷凝现象,过冷度越大,直径减小越快,同一直径蒸汽泡的纵横比在一个范围内波动;过冷条件下,单蒸汽泡的z向速度和x向速度都随着直径的增大先增加后减小,均在直径约10 mm时具有最大值;单蒸汽泡z向速度则随着过冷度的增大而增大,而x向速度在零上下波动,随过冷度增大略有增大。过冷度会影响窄缝通道内单蒸汽泡的行为特性,并进一步影响流型形成与演变。 

【文章来源】：核动力工程. 2020,41(03)北大核心EICSCD

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

实验装置流程图

图3为单蒸汽泡的β随时间的变化，由图3可知，蒸汽泡在上升过程中，β不断减小；过冷度越大，β减小越快，减小到相同无量纲直径所需的时间越短，此处蒸汽泡直径变化率取了绝对值，实际上均为负值。上述现象可能是由于蒸汽泡界面两侧存在温差，内部为饱和温度的蒸汽，外部为过冷水，因此蒸汽能量由内向外传递，引起界面处蒸汽温度降低，发生相变，蒸汽冷凝为水，蒸汽的不断冷凝引起蒸汽泡的体积和直径不断减小。过冷条件下，温差引起的单蒸汽泡界面的冷凝现象是引起单蒸汽泡体积和直径不断减小的根本原因。图3 单蒸汽泡无量纲直径随时间的变化

单蒸汽泡的纵横比（E）即高宽比，可用于表征单蒸汽泡形状改变的程度，有必要对单蒸汽泡的纵横比变化规律进行分析。图4为3 mm间隙窄缝通道内单蒸汽泡的E随Db,ae的变化规律。由图可知，和单空气泡相似，不同过冷度下，单蒸汽泡的E都随着Db,ae的增加先减小后增大；对于某确定的Db,ae，单蒸汽泡的纵横比是一个范围，而不是像单空气泡那样是一个具体的数值，这说明发生在单蒸汽泡界面上的冷凝引起了蒸汽泡周围流场速度和压力分布的改变，进一步导致了蒸汽泡的形状发生了波动，Tang[10]的研究也表明，因界面冷凝形成的界面波是造成单蒸汽泡形状波动较大的主要原因。此外，Tang等人[10]在过冷度为25 K的实验中发现，过冷度越大，单蒸汽泡表面的界面波越强，单蒸汽泡形状变化越剧烈；Narayan[11]等人的研究结果显示，蒸汽泡摆动频率随过冷度增加而增加。上述研究均显示过冷度对单蒸汽泡形状有很大影响，而本实验过冷度影响结果显示，1.5、2.5 K过冷度下单蒸汽泡的纵横比曲线没有明显差异。纵横比研究结果也表明，矩形窄缝通道内，同样存在因界面冷凝引起的界面波，造成摆动频率随着过冷度增加而增加，而本实验中出现的现象可能是由于矩形通道壁面的约束作用，单蒸汽泡摆动频率变化和池式沸腾相比，受过冷度影响较小。

【参考文献】：
期刊论文
[1]竖直流道宽度对气泡运动行为影响的数值模拟[J]. 李维仲,赵大勇,陈贵军.  计算力学学报. 2006(02)



本文编号：3433996