發(fā)布時(shí)間：2021-09-01 11:14

　　窄流道結(jié)構(gòu)緊湊,流道內(nèi)沸騰兩相流動(dòng)具有較大的換熱系數(shù),目前被廣泛應(yīng)用于先進(jìn)核反應(yīng)堆的堆芯設(shè)計(jì)。沸騰兩相流動(dòng)伴隨著的汽泡動(dòng)力學(xué)行為極其復(fù)雜;窄流道內(nèi)汽泡生長(zhǎng)到與流道相當(dāng)大小后,由于受到流道壁面限制汽泡形狀發(fā)生變形,導(dǎo)致汽泡行為與常規(guī)流道存在差異。因此,為了揭示窄流道內(nèi)汽泡行為和界面形態(tài)演變規(guī)律,仍需進(jìn)一步開展實(shí)驗(yàn)研究。本文以去離子水為工質(zhì)在不同熱工工況下開展了可視化實(shí)驗(yàn)研究,所采用的實(shí)驗(yàn)段為四面可視矩形窄流道;結(jié)合實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果,采用圖像分析方法研究了汽泡動(dòng)力學(xué)行為。本文開展的主要研究工作如下:針對(duì)沸騰汽泡行為的圖像分析,通過(guò)增添灰度拉伸、邊緣檢測(cè)與閉運(yùn)算等處理方法,建立了改進(jìn)的圖像自動(dòng)分析方法。通過(guò)這種圖像分析方法能有效解決汽泡圖像分割中光斑引起的汽泡輪廓不封閉問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)汽泡自動(dòng)識(shí)別及汽泡參量獲取。所提取的汽泡參量包括汽泡數(shù)目、橫縱軸長(zhǎng)度、面積和當(dāng)量直徑等。結(jié)合本文建立的圖像分析方法,獲得了窄流道內(nèi)汽泡生長(zhǎng)曲線和汽泡聚合行為。通過(guò)分析汽泡生長(zhǎng)曲線發(fā)現(xiàn),汽泡生長(zhǎng)速率前期較快后期較慢,分別處于慣性生長(zhǎng)時(shí)期和熱擴(kuò)散控制生長(zhǎng)階段。汽泡生長(zhǎng)到一定尺寸后是否脫離核化點(diǎn)取決于汽泡的受力情況。隨著汽泡體... 

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【文章頁(yè)數(shù)】：80 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

汽泡生長(zhǎng)過(guò)程示意圖[13]

1緒論3圖1.2不同表面上的汽泡行為[14]Fig.1.2Bubblebehaviorondifferentsurfaces[14]針對(duì)汽泡動(dòng)力學(xué)行為的研究，文獻(xiàn)中采取不同的變量開展實(shí)驗(yàn)分析，這些變量包括加熱表面、實(shí)驗(yàn)工況和實(shí)驗(yàn)工質(zhì)等。例如Kim等人[14]在不同表面上的研究結(jié)果如圖1.2所示，發(fā)現(xiàn)同等生長(zhǎng)時(shí)間下汽泡直徑依次在超親水、親水、疏水、超疏水四種表面上（圖1.2中從上到下）減小，生長(zhǎng)周期和脫離直徑均變大，汽泡形狀從球變扁，Hsu和Chen[15]也發(fā)現(xiàn)了類似的現(xiàn)象。Sarker等人[13]研究了汽泡周期內(nèi)的核化、生長(zhǎng)、脫離、滑移等，并發(fā)現(xiàn)表面特性對(duì)汽泡行為有著影響，較低的潤(rùn)濕性表面有著較大的汽泡脫離直徑和較長(zhǎng)的滑移距離；還分析了汽泡滑移速度的變化特征。Kim等人[16]采用紅外攝影技術(shù)拍攝汽泡動(dòng)力學(xué)行為，通過(guò)反射的紅外線光強(qiáng)圖譜研究核化點(diǎn)密度、汽泡頻率、汽泡等待時(shí)間與生長(zhǎng)時(shí)間、汽泡尺寸等變化規(guī)律。此外，不同實(shí)驗(yàn)工況對(duì)汽泡動(dòng)力學(xué)行為的影響顯著，Cao等人[17]利用高速攝像儀研究了上升環(huán)形流道內(nèi)過(guò)冷流泡核沸騰中汽泡演變特征，得到不同過(guò)冷度和質(zhì)量流量下完全不同的汽泡行為和汽泡變形特征。Yin等人[18]在微通道內(nèi)觀察到不同熱流下的汽泡生長(zhǎng)和傳熱特征，認(rèn)為汽泡生長(zhǎng)直徑前期為指數(shù)增長(zhǎng)而后期為線性增長(zhǎng)。雖然大部分實(shí)驗(yàn)工質(zhì)為去離子水，但也有用其他的。如Suszko等人[19]對(duì)銅表面進(jìn)行PF-5060液飽和沸騰實(shí)驗(yàn)，研究了汽泡脫離直徑和頻率以及銅表面平均核化點(diǎn)密度。Fu等人[20]采用液氮作為工質(zhì)，在微管道內(nèi)可視化研究了沸騰流動(dòng)條件下汽泡生長(zhǎng)、脫離及其后的流型演變，認(rèn)為汽泡生長(zhǎng)速率由慣性力決定，分為脫離核化點(diǎn)前和脫離核化點(diǎn)后兩個(gè)階段。研究者們不只關(guān)注汽泡動(dòng)力學(xué)行為的直觀現(xiàn)象，還深入分析了汽泡演變的具體機(jī)制。Giustini等人[21]研究了蒸發(fā)熱?

1緒論5單個(gè)汽泡行為可有利于沸騰相變換熱，促進(jìn)加熱壁面熱量被快速帶走，而汽泡間由于聚合產(chǎn)生大汽泡一方面加劇流體擾動(dòng)，強(qiáng)化換熱，而另一方面過(guò)多汽泡聚合使流動(dòng)阻力增大，并且汽膜覆蓋加熱面，阻礙壁面潤(rùn)濕，導(dǎo)致傳熱惡化，并且汽泡聚合機(jī)制仍不明確，因此有必要研究汽泡聚合的演變特征。圖1.3汽泡聚合過(guò)程示意圖[35]Fig.1.3Schematicdiagramofthebubblecoalescenceprocess[35]為了探究汽泡聚合過(guò)程的產(chǎn)生機(jī)理和演變規(guī)律，文獻(xiàn)中對(duì)汽泡聚合行為開展了大量的實(shí)驗(yàn)研究。Lin和Lin[36]在非牛頓流體產(chǎn)生的池沸騰中研究了兩個(gè)不等同軸汽泡的聚合機(jī)制，把汽泡聚合過(guò)程可分為三步：首先，上游汽泡1不斷加速追趕下游汽泡2，并且汽泡1在加速運(yùn)動(dòng)時(shí)被拉長(zhǎng)；而后汽泡2被汽泡1追上并碰撞，此時(shí)兩個(gè)汽泡接觸面間的液體由于受到相互靠近汽泡的擠壓而被向外排擠，不斷減�。蛔詈筮@層分開兩個(gè)汽泡的液體減薄至臨界厚度被沖破，完成汽泡聚合。他們認(rèn)為負(fù)壓和剪切稀化效應(yīng)產(chǎn)生的拖曳力及粘彈效應(yīng)產(chǎn)生的推力促使后面汽泡向前面汽泡加速運(yùn)動(dòng)而聚合。Golobic等人[35]的研究結(jié)果也發(fā)現(xiàn)了類似的汽泡接觸和泡間排液過(guò)程，如圖1.3所示。Nguyen等人[37]把汽泡聚合過(guò)程分為汽泡靠近和碰撞、厚液膜形成和排液、液膜減薄至臨界厚度而破碎等階段。對(duì)此，Shiloh等人[38]提出了另一個(gè)汽泡聚合發(fā)生的判斷準(zhǔn)則，即液膜在排液過(guò)程中達(dá)到臨界厚度所需時(shí)間應(yīng)小于汽泡間的接觸時(shí)間。Liu等人[39]在池沸騰中研究汽泡聚合，認(rèn)為聚合產(chǎn)生的可能性條件之一是汽泡間的距離小于汽泡直徑，且聚合過(guò)程是受慣性力、浮力、表面張力、粘性力以及其它體積力的共同作用所控制的。Wang等人[40]提出以下三種引起汽泡聚合產(chǎn)生的水動(dòng)力學(xué)特征因素：湍流渦旋、汽泡間的運(yùn)動(dòng)速度差值以及尾流旋?

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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[2]耦合空泡演化特性的并聯(lián)矩形窄流道沸騰兩相流動(dòng)失穩(wěn)機(jī)理研究[D]. 胡練.重慶大學(xué) 2017
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[4]窄流道內(nèi)汽泡生長(zhǎng)和脫離特性及汽泡行為對(duì)壓降的影響[D]. 陳德奇.重慶大學(xué) 2010

碩士論文
[1]窄空間流道內(nèi)沸騰兩相流動(dòng)振蕩特性的實(shí)驗(yàn)研究[D]. 李沖.重慶大學(xué) 2018



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