狭窄加热表面上池沸腾传热过程的汽泡成核及成长特性实验研究

摘要

沸腾传热过程是在固液界面上形成大量汽泡，并由液态转变成气态的复杂相变传热过程。虽然通过过去几十年的研究总结了大量关于沸腾传热的经验公式，但这些经验公式中大多没有包含关于表面性状和汽泡成核特点的参数。为了揭示沸腾换热中汽泡成核以及生长机理，本文发展了沸腾可视化实验装置以观察沸腾汽泡成核及生长的结构变化。主要工作包括：
　　首先，搭建了沸腾可视化换热实验台，包括透明腔体，核心加热部件，直流电源，数据采集系统和图像采集系统。其中，透明腔体和核心加热部件是实验的主要部件；直流电源用以提供加热芯部恒定的热量；数据采集系统用以记录加热部件的动态温度变化数据；而图像采集系统则进行汽泡成核及生长的图像信息记录。
　　对圆形表面和狭窄表面这两种加热表面的水工质的沸腾换热实验现象进行了观察，并考察了不同的粗糙度对沸腾换热的影响。实验结果表明，在自然对流区域，表面粗糙度对沸腾换热的影响很有限，而在核态沸腾区的影响则很明显。并且随着表面粗糙度的增加，由于壁面的汽化核心数目的增多，沸腾曲线向左移动。
　　与此同时，观察了圆形表面和狭窄表面这两种加热表面下汽泡成核及生长的过程，并基于时序列图像定量分析了单个和多个汽泡生长及脱离过程中直径、体积、高度以及接触角的变化规律。结果表明，在单个汽泡成核及生长过程的初期直径变化最大，从无到有，高度变化则慢慢变大；随着汽泡的生长，直径的增长速率先增大后减小，而高度的增长速率则先减小再增大。汽泡的融合现象则分为孤立汽泡，大小汽泡融合，相似大小汽泡融合。汽泡在融合过程中，高度方面汽泡没有突然融合的增大，而在直径上汽泡则发生了突然融合的增大。

目录

声明

1 绪 论

1.1 课题研究背景

1.2 沸腾换热相关知识

1.3 国内外研究现状

1.4 研究目的

1.5 研究内容

2 沸腾实验系统及实验方法

2.1 圆形截面沸腾实验系统及实验步骤

2.2 狭窄表面截面沸腾实验系统及方法

2.3 沸腾实验的温度数据的处理

2.4 沸腾汽泡参数测量

2.5 表面粗糙度的测量

2.6 散热分析

2.7 误差分析及不确定度分析

3 不同粗糙度下的池沸腾的实验结果及汽泡特性分析

3.1 圆形截面的沸腾实验

3.2 狭窄表面的沸腾实验

4 结 论

5 展 望

参考文献

附录

附录1 沸腾换热实验装置整体图

附录2 实验环境图

附录3 沸腾换热实验装置零件图

附录4 汽泡特征提取的计算程序

致谢