卧式螺旋管内过冷流动沸腾起始点及壁温特性研究

摘要

过冷流动沸腾是汽液两相流研究的重要内容，它广泛应用于压水反应堆燃料棒束通道传热、高热流密度集成电路板冷却、大型内燃机强制循环水冷系统等工程领域。过冷流动沸腾起始点的判定及特性是过冷沸腾研究中关注的主要内容之一，例如在压水反应堆中，过冷沸腾起始点对堆芯冷却剂通道内的中子慢化性能及流动不稳定性都有重要的影响。
　　螺旋管是一种重要的强化换热管型，其结构紧凑，相同空间内可布置较长的传热管道，并且加工制作方便;弹簧状结构可自由膨胀，热应力小;工质的二次回流使换热得到强化，传热效率更高，污垢热阻小，因而成为制冷与低温换热器、高温气冷堆蒸汽发生器、超临界锅炉螺旋管圈水冷壁、石油化工等工程领域的重要研究和应用对象。研究螺旋管传热时的壁温分布特性能更深入地揭示离心力、二次回流等对流动与传热的影响。
　　本文改造了汽液两相流流动与传热实验台，在此基础上开展了以下两方面内容的研究。
　　在压力p=0.456MPa、入口过冷度△Tsub=8.14K、工质质量流速G=185kgm-2s-1的工况下研究了底部截面、上升段截面、顶部截面和下降段截面在单相对流传热和过冷流动沸腾传热时的管子壁温分布情况。主要对比了内侧与外侧的壁温差异，同时考察了前侧与后侧的壁温分布。综合这两方面的研究结果，通过分析离心力与重力的作用机制的变化解释了原因。
　　在系统压力p=0.414-0.632MPa，入口过冷度△Tsub=5.0-11.0K，质量流速G=749.8-1249.6kgm-2s-1，热流密度q=115-5763Wm-2参数范围内研究了系统压力、工质质量流速、工质入口过冷度三种参数对卧式螺旋管内过冷流动沸腾起始点热流密度的影响。结果显示，压力对过冷流动沸腾起始点影响很微弱，在低压参数范围内，随压力的增大ONB热流呈增大趋势，在高压参数范围内，随压力的增大ONB热流呈现减小趋势。质量流速对卧式螺旋管内过冷流动沸腾起始点有明显的影响，一般情况下，沸腾起始点的热流密度随工质质量流速增大而增大;但质量流速对汽泡的粘附和脱离行为的影响会在某些条件下造成相反的趋势。工质入口过冷度对卧式螺旋管内过冷流动沸腾起始点有明显的影响，沸腾起始点的热流密度随入口过冷度增大而增大。