發(fā)布時(shí)間：2020-06-03 01:01

【摘要】：窄矩形通道有著比常規(guī)通道更高的功率密度和更大的換熱面積,所以其被廣泛地應(yīng)用在中小型反應(yīng)堆、研究實(shí)驗(yàn)堆、航空航天緊湊型換熱器和微電子等領(lǐng)域。臨界熱流密度(CHF)是沸騰傳熱的極限。所以,準(zhǔn)確預(yù)測(cè)出臨界熱流密度對(duì)反應(yīng)堆的安全運(yùn)行和提高輸出功率尤為重要。由于幾何形狀的不同和窄邊可能帶來的尺度效應(yīng)的影響,窄矩形通道的流動(dòng)傳熱特性與其他棒束、圓管、環(huán)管等常規(guī)通道有很大的不同,建立在上述常規(guī)通道下的CHF經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式和機(jī)理模型不能直接應(yīng)用在窄矩形通道內(nèi)。因此,有必要開展窄矩形通道內(nèi)的臨界熱流密度實(shí)驗(yàn)研究。本文以去離子水為工質(zhì),進(jìn)行了低壓條件下強(qiáng)迫循環(huán)系統(tǒng)中單面加熱窄矩形通道CHF可視化研究。研究發(fā)現(xiàn),逐步提升功率的過程中,會(huì)發(fā)生流量漂移不穩(wěn)定性導(dǎo)致的流動(dòng)劇烈震蕩,進(jìn)而誘導(dǎo)沸騰臨界提前發(fā)生,即PM-CHF(Premature CHF,早發(fā)臨界熱流密度)。發(fā)生流動(dòng)震蕩時(shí)的含汽率本文稱作臨界含汽率x_(e,c)。x_(e,c)-G曲線存在一個(gè)明顯的轉(zhuǎn)捩點(diǎn)。在本實(shí)驗(yàn)的配置條件和工況范圍內(nèi),此轉(zhuǎn)捩點(diǎn)的值大約為400 kg/(m~2·s)。根據(jù)此轉(zhuǎn)捩點(diǎn)可以將PM-CHF分為低流速PM-CHF和高流速PM-CHF。(1)低流速情況下,流型從彌散泡狀流到合并汽泡流的轉(zhuǎn)變導(dǎo)致了PM-CHF的發(fā)生。PM-CHF隨著入口過冷度增加而增加,隨著流量的增加增加,隨著系統(tǒng)壓力的增加而增加。臨界含汽率隨著入口過冷度的增加而降低,隨著流量的增加而降低�？梢杂昧鲃�(dòng)不穩(wěn)定起始點(diǎn)的預(yù)測(cè)關(guān)系式來預(yù)測(cè)PM-CHF。改進(jìn)Stelling關(guān)系式對(duì)PM-CHF實(shí)驗(yàn)值的預(yù)測(cè)精度較好,所有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均在預(yù)測(cè)值的±17%以內(nèi)。(2)高流速情況下,矩形通道的角落效應(yīng)導(dǎo)致了PM-CHF的發(fā)生。PM-CHF隨著入口過冷度增加而增加,隨著流量的增加增加,隨著系統(tǒng)壓力的增加而增加。臨界含汽率隨著入口過冷度的增加而降低,隨著流量的增加而增加。改進(jìn)Stelling關(guān)系式對(duì)PM-CHF實(shí)驗(yàn)值的預(yù)測(cè)精度較好,所有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均在預(yù)測(cè)值的±15%以內(nèi)。
【圖文】：

第 1 章 緒論研究了周向非均勻加熱臨界熱流密度，發(fā)現(xiàn)在含汽率較低（<0.1）的時(shí)候，偏心管的臨界熱流密度比均勻直管低；隨著含汽率的升高，偏心管的臨界熱流密度逐漸接近并超過均勻管，基本呈現(xiàn)線性的規(guī)律。1.3 臨界熱流密度機(jī)理研究1.3.1 經(jīng)典機(jī)理模型對(duì)于過冷沸騰條件下的 CHF，目前提出了四個(gè)較為經(jīng)典的機(jī)理模型：邊界層分離模型、近壁面汽泡壅塞模型、微液層蒸干模型和界面分離模型[28]，如圖 1-1 所示。

哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文 Mudawar 一樣的現(xiàn)象——加熱表面波動(dòng)的蒸汽層（見圖 1-2b）。另外，通過測(cè)界現(xiàn)象的參數(shù)，，發(fā)現(xiàn)在同一過冷度下濕潤(rùn)界面和當(dāng)?shù)卣羝ㄩL(zhǎng)之比保持為常數(shù)冷度的增加而增加。Bang[47]做了制冷劑 R-134a 在豎直矩形通道單面加熱條件下的過冷流動(dòng)沸騰實(shí)察臨界發(fā)生時(shí)近壁面的兩相結(jié)構(gòu)(見圖 1-2c)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，近壁面區(qū)域的兩相結(jié)部分：分離的汽泡和融合的汽泡下存在蒸汽殘留、高熱流密度時(shí)融合的大汽泡介于蒸汽殘留和大汽泡之間的液體層。觀察到了汽泡間的三種融合方式，遠(yuǎn)離合、近壁面連續(xù)汽泡間的融合、近壁面相鄰汽泡間的融合。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TL33

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