窄矩形通道过冷沸腾汽泡的传热作用实验研究

摘要

窄矩形通道内，汽泡受到通道尺寸的限制，不能自由发展，脱离核化点后将沿加热壁面滑移，汽泡在生长、脱离、滑移的过程中都会影响加热壁面与主流之间的热量传递。本文主要对矩形通道内汽泡的行为进行了观察与研究，在获得汽泡行为参数的基础上，定量分析了汽泡对通道换热能力的影响，发现滑移汽泡能显著增加通道的换热能力。
　　实验中采用去离子水作为工质，实验段为单面加热的可视化矩形通道，横截面尺寸为40mm?2mm，工质在通道中竖直向上流动。采用高速摄影仪对汽泡的行为加以拍摄和记录，利用软件和自编程序对拍摄录像加以处理，得到汽泡直径、面积、等待时间、滑移速度等参数。
　　考虑了矩形通道内的汽泡行为特点后，建立了包含汽泡传热作用的复合换热模型，主要包括：汽泡核化生长吸热、汽泡脱离瞬态导热、汽泡滑移微液层吸热、汽泡滑移瞬态导热、非汽泡影响区域的单相对流换热。结合实验所得数据，利用自建模型定量分析了单一的常压汽泡以及加压汽泡对换热的影响，在此基础上定量分析了汽泡群对矩形通道换热特性的影响。
　　对于常压汽泡，汽泡的尺寸较大，滑移距离较短，受流动影响较大;汽泡脱离瞬态导热、汽泡滑移微液层吸热、汽泡滑移瞬态导热是常压汽泡影响换热的主要机理，汽泡滑移微液层吸热量、汽泡滑移瞬态导热量随汽泡脱离尺寸增加而增加。
　　对于加压汽泡，汽泡的尺寸较小，无浮升行为，在滑移的过程中伴随直径与速度的增加，汽泡滑移瞬态导热是加压汽泡影响换热的主要机理，并随滑移距离增加。
　　对于汽泡群，提高热流密度必然产生更多的汽泡，汽泡的增多必然更加剧烈地扰动近壁面液体，从而影响换热通道能力。随热流密度提高，汽泡总投影面积与汽泡滑移平均速度增加，受汽泡群影响的区域面积增加，这都导致汽泡群滑移引起的换热量大幅增加，占主流与加热壁面之间换热总量的比例增加。当热流密度较高时，汽泡群滑移换热是通道换热的主要机理。此外，相比于纯单相对流换热，汽泡群的滑移行为确实增强了主流与加热壁面之间的换热能力。

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第1章绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3本论文研究内容

第2章实验装置与实验方案

2.1 实验回路及实验设备

2.2 实验参数测量系统

2.3 高速摄影系统

2.4 测量系统误差分析

2.5实验工况与实验方法

2.6实验参数处理

2.7本章小结

第3章窄矩形通道含汽泡作用的换热模型

3.1窄矩形通道含汽泡行为的复合传热机理

3.2各换热机理的数学模型

3.3本章小结

第4章单一独立汽泡的换热作用分析

4.1 常压下大汽泡对换热的影响

4.2加压下小汽泡对换热的影响

4.3本章小结

第5章汽泡群与窄通道换热特性相互影响分析

5.1工况选取与参数测量

5.2热流密度对汽泡群行为的影响

5.3汽泡群对窄通道换热特性的影响

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢