水平细通道内CO2流动沸腾换热流态特性实验研究

摘要

本文对水平细通道内CO2流动沸腾换热过程中流态及其转变特性进行理论分析和可视化实验研究.根据可视化实验结果,更新了CO2在低蒸发温度下的理论流动状态预测模型.实验工况为:热流密度(7.5～30 kW/m2)、质量流率(50～600 kg/(m2·s))、饱和温度(-40～0℃)、干度(0～1)、内径(1.5 mm).理论分析表明:质量流率对换热过程中经历的流态形式有决定性作用,热流密度对环状流-干涸区域、干涸区域-雾状流边界转变曲线影响较大,饱和温度对流态转变具有重要影响.可视化研究表明:基于理论流态图对于CO2在细通道内流动沸腾换热的流态能够较好的预测,也能反映不同工况下流态的变化趋势,但理论流态图对干涸区域和雾状流区域预测偏差较大;在实验数据的基础上,增加了液气黏度比的无量纲因子,并提出一种新的临界热流密度预测模型.在考虑质量流率和热流密度影响的情况下,根据更新后临界热流密度预测模型和实验数据,引入沸腾数Bo对理论流态图中环状流-干涸区域、干涸区域-雾状流及间歇流/弹状流-环状流边界转变曲线进行了更新,可视化研究获得的流态数据中89.4％符合更新后的CO2理论流态预测模型.