本文關(guān)鍵詞：窄縫通道過冷沸騰流動換熱與壁面核化特性實驗研究

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【摘要】：窄縫通道內(nèi)過冷流動沸騰的現(xiàn)象普遍存在于工程中的許多領(lǐng)域,比如核反應(yīng)堆的板狀燃料組件,高性能板式換熱器、微機電系統(tǒng)的冷卻系統(tǒng)等。窄縫通道內(nèi)的流動過冷沸騰和常規(guī)流道內(nèi)的現(xiàn)象有所不同,受限空間的影響使得窄縫通道內(nèi)流動換熱特性更為復(fù)雜,針對窄縫通道內(nèi)的流動換熱以及壁面核化特性的研究具有重要的學(xué)術(shù)意義和工程應(yīng)用價值。本文以去離子水為工質(zhì),開展了常壓下窄縫通道內(nèi)流動過冷沸騰現(xiàn)象的可視化實驗研究。研究工況范圍：窄縫寬度1～4mm,質(zhì)量流速90-560 kg/m2s,流體入口過冷度6-35℃,壁面加熱熱流密度2-20 W/cm2,壁面過熱度小于10℃。進(jìn)行了不同參數(shù)對窄縫通道流動換熱特性以及壁面核化特性的影響研究。研究發(fā)現(xiàn)窄縫通道內(nèi)過冷沸騰流動換熱特性與壁面核化特性密切相關(guān),窄縫通道內(nèi)的沿程換熱系數(shù)隨熱流密度的增大而增大,隨入口水溫的增大而增大,受質(zhì)量流速和窄縫寬度的影響并不單一。在同一工況下局部區(qū)域瞬時氣泡總數(shù)呈現(xiàn)周期性變化,頻率與平均氣泡脫離頻率相同。壁面氣泡的典型演化過程可以分成氣泡生長,壁面滑移,浮升湮滅三個階段,在演化周期中氣泡可能會發(fā)生合并、縮脹、變形等現(xiàn)象。周期性的壓降震蕩與氣泡演化的周期性有關(guān)。對不同區(qū)域汽化核心點的統(tǒng)計驗證了精磨過的銅加熱表面汽化核心分布的均勻性,發(fā)現(xiàn)汽化核心密度隨著熱流密度的增大而增大,且原有的汽化核心絕大部分會在熱流密度增大后保持活性,而少量已有的汽化核心會因為流動換熱情況的改變而失去活性,壁面過熱度和窄縫寬度對汽化核心密度的影響明顯。實驗發(fā)現(xiàn)汽化核心點產(chǎn)生氣泡的頻率呈正態(tài)分布,氣泡脫離頻率隨壁面過熱度的增大而增大,隨窄縫寬度的減小而增大,與質(zhì)量流速、主流過冷度無關(guān)。宏觀瞬時氣泡總數(shù)的周期與微觀氣泡脫離頻率以及氣泡在壁面上的滑移時間有關(guān)。氣泡脫離直徑和氣泡浮升直徑接近正態(tài)分布，同一氣泡的脫離直徑和浮升直徑之間存在比例關(guān)系。氣泡浮升直徑隨壁面過熱度的增大而增大,隨主流過冷度的增大而減小,隨質(zhì)量流速的增大而減小,隨窄縫寬度的增大而增大。參照文獻(xiàn)已有公式并依據(jù)實驗數(shù)據(jù)整理了汽化核心密度、氣泡脫離頻率、氣泡浮升直徑的關(guān)聯(lián)式,新的關(guān)聯(lián)式考慮了窄縫受限的影響與實驗數(shù)據(jù)吻合度較好。
【關(guān)鍵詞】：窄縫通道 過冷沸騰 流動換熱 核化特性
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TK124
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 主要符號對照表11-13
• 1 緒論13-23
• 1.1 研究背景13-15
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-21
• 1.2.1 通道尺寸的劃分15
• 1.2.2 流動換熱特性研究15-16
• 1.2.3 壁面核化特性研究16-21
• 1.2.4 研究現(xiàn)狀小結(jié)21
• 1.3 主要研究內(nèi)容21-23
• 2 實驗系統(tǒng)與實驗方法23-39
• 2.1 實驗系統(tǒng)23-25
• 2.2 實驗段25-27
• 2.3 實驗方法27-28
• 2.4 實驗數(shù)據(jù)測量28-30
• 2.4.1 溫度測量28-29
• 2.4.2 壓力測量29-30
• 2.4.3 流量測量30
• 2.5 換熱系數(shù)計算30-31
• 2.6 可視化數(shù)據(jù)處理31-35
• 2.6.1 沸騰起始點31-32
• 2.6.2 汽化核心密度32-33
• 2.6.3 氣泡脫離頻率33-34
• 2.6.4 氣泡脫離直徑與浮升直徑34-35
• 2.7 誤差分析35-37
• 2.8 實驗工況37-39
• 3 流動換熱特性39-53
• 3.1 窄縫通道整體換熱特性39-41
• 3.2 過冷沸騰的流動特征41-44
• 3.3 過冷沸騰泡狀流區(qū)典型氣泡的演化過程44-48
• 3.4 過冷沸騰局部流動換熱特性48-52
• 3.5 本章小結(jié)52-53
• 4 汽化核心密度53-63
• 4.1 汽化核心點的均勻性驗證53-56
• 4.2 汽化核心密度的影響參數(shù)分析56-58
• 4.3 汽化核心密度關(guān)聯(lián)式的擬合58-61
• 4.4 本章小結(jié)61-63
• 5 氣泡脫離頻率63-75
• 5.1 單個汽化核心點的氣泡脫離頻率63-66
• 5.2 平均氣泡脫離頻率66
• 5.3 平均氣泡脫離頻率的影響因素66-68
• 5.4 氣泡脫離頻率關(guān)聯(lián)式的擬合68-71
• 5.5 局部區(qū)域氣泡數(shù)量的周期性71-74
• 5.6 本章小結(jié)74-75
• 6 氣泡脫離直徑與氣泡浮升直徑75-87
• 6.1 單個汽化核心點的氣泡直徑變化情況75-79
• 6.2 平均氣泡浮升直徑的影響因素79-81
• 6.3 平均氣泡浮升直徑的關(guān)聯(lián)式擬合81-85
• 6.4 本章小結(jié)85-87
• 7 結(jié)論87-89
• 參考文獻(xiàn)89-93
• 作者簡歷93-97
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集97

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本文編號：1135890