矩形窄缝通道轴向非均匀加热临界热流密度实验研究

对矩形窄缝通道轴向非均匀加热临界热流密度进行了研究。轴向加热方式为光滑的截尾余弦型,流动工质为去离子水。实验结果证明轴向非均匀加热临界热流密度低于轴向均匀加热临界热流密度。实验数据分析采用"F修正因子法",得到了轴向非均匀修正因子的半经验关系式。将该修正因子关系式同国际上已有的各种修正因子进行了比较分析,证明本文得到的修正因子预测的矩形窄缝通道轴向非均匀加热临界热流密度值更准确。

竖直矩形窄缝通道内近壁汽泡生长和脱离研究

可视化研究窄缝通道内汽泡生长和脱离对于揭示窄缝通道内的沸腾传热机理具有重要意义。本文采用高速摄影仪从宽面和窄面可视化观察了常压条件下矩形窄缝通道内汽泡核化生长和脱离规律。研究结果表明,汽泡在核化点生长时,汽泡底部与加热面存在一小的接触面,总体而言,汽泡在生长过程中基本呈球状。在相同热工参数下,不同核化点处汽泡生长规律基本相同,但汽泡脱离直径相差较大。窄缝通道内汽泡生长速率小,脱离时间较长,可采用修正的Zuber公式预测窄缝通道内汽泡生长直径。在同一拍摄窗口内,统计分析了热工参数对汽泡平均脱离直径的影响规律。随热流密度的增加,汽泡平均脱离直径减小;随入口欠热度的增加,汽泡平均脱离直径减小;随主流速度的增加,汽泡平均脱离直径减小。

垂直矩形窄缝流道内的过冷流动沸腾换热

本文研究了有压模化介质在垂直矩形窄缝流道内的过冷流动沸腾换热，考察了质量流速、断面平均过冷度和饱和压力对沸腾换热系数的影响，与Ｇｕｎｇｏｒ关系式进行比较，流道的换热强化因于在１３～２１之间．

矩形窄缝流道流动过冷沸腾起始点的实验研究

通过高速摄像可视化观察并结合基础传热数据采集 ,给出了模化工质在中压条件下 ,竖直矩形窄缝流道内过冷流动沸腾起始点的实验结果。讨论了影响矩形窄缝流道内过冷流动沸腾起始点的各因素 ,在Bowering关系式的基础上 ,考虑质量流速和压力对过冷流动沸腾起始点的影响 ,使用多元线性回归的方法 ,得到了关于矩形窄缝流道过冷流动沸腾起始点的修正关系式 ,与实验数据进行比较 ,误差范围为± 30 %。

竖直矩形窄缝内流动沸腾压降实验与模型研究

本文实验研究了水在间隙为2．1、2．2、3．6 mm的垂直矩形窄通道内流动沸腾压降,包括入口过冷的情况,得到了在不同操作条件下压降随热流密度的变化曲线,同时分析了曲线变化的原因．实验结果发现：在实验参数范围内,流动沸腾的压降随着质量流速、热流密度和入口干度增加而增大；随着窄缝间隙的增大而减小．窄通道内的压降计算与大通道有显著不同,本文针对窄通道的特点,修正了传统的压降计算模型,模型预测值与实验结果比较,误差在±15．4%之内．

单面加热矩形窄缝通道流型可视化研究

针对截面为40 mm×3 mm的竖直矩形窄缝通道,在低压以及入口温度过冷的条件下,对水流动沸腾的流型特征进行了可视化实验观察。观察到弥散泡状流、合并汽泡流、搅拌流和环状流4种流型;获得了矩形窄缝通道内流型的二维可视化图像,为流型的确认提供了直观的依据;对实验数据进行了初步分析,绘制了单面加热矩形窄缝通道内水流动沸腾的流型图。将本实验数据与现有的典型流型图进行了初步的对比分析,结果表明加热蒸汽-水的流型及其转变规律与绝热空气-水的差异明显。

矩形窄缝通道内湍流充分发展区流动边界层探析

从宏观特性比较分析的角度出发,通过计算流体动力学(CFD)微观结果来探析矩形窄缝通道内湍流充分发展区边界层分布的特性。研究结果表明,从宏观角度看,一些适用于常规通道的经典公式仍然适用于矩形窄缝通道;现有的实验结果基本支持湍流充分发展区矩形窄缝通道内的流动和传热规律符合常规通道内特点的结论。对多种湍流模型模拟的结果与经典公式的计算结果和实验数据进行了基准分析,表明用雷诺平均的CFD技术仍然是可信的。最后,根据上面分析情况,并结合CFD获得的微观流动细节以及近壁面经典速度分布公式预测情况,详细讨论矩形窄缝通道内湍流充分发展区流动边界层的分布情况。

矩形窄缝通道内单相水流动特性研究

通过理论分析,得到了计算矩形窄缝通道单相层流摩阻系数的公式。对小高宽比矩形窄缝通道内的流动特性进行了实验研究,结果表明:矩形窄缝通道内单相摩阻系数随Re变化的曲线和圆管有相同的趋势,但圆管流动摩阻公式不适用于矩形窄缝通道。矩形通道内摩阻系数与Re和通道截面高宽比有关,通道高宽比越小,摩阻系数越大。实验结果和理论推导结论一致。从截面湿周和切向应力两方面解释了高宽比对矩形窄缝通道内单相水层流摩阻特性的影响机理。

矩形窄缝通道流动不稳定起始现象实验研究

以去离子水为工质，在P=1-15MPa，G=500-2000kg／（m^2·s），△Tsub,in=20-100℃，q=40-1000kW／m^2的参数范围内，实验研究了1000×25×2mm矩形窄缝通道内工质向上流动时，重要热工水力参数对通道流动不稳定起始点（OFI）的影响特征。得到了OFI点与系统参数（包括系统压力、入口过冷度和热流密度）之间的关系；讨论了OFI点与出口热平衡含汽率之间的关系。用St数和Pe数建立了适合于本实验参数和相近条件下的流动不稳定起始点计算关系式：当热流密度低于400kW／m^2时，其预测偏差在±30％以内；热流密度高于400kW／m^2时，其预测偏差在±10％以内。用OFI点的热流密度与出口达到饱和时的热流密度之间的关系拟合得到经验关系式：当热流密度低于400kW／m^2时，其预测偏差在±15％以内；在热流密度高于400kW／m^2时，其预测偏差在±5％以内。

矩形窄缝通道流固共轭传热数值分析

优化设计矩形窄缝流道角部非加热区时,需了解该区域固体的温度场及导热机理对换热的影响。本文采用CFD软件CFX对矩形窄缝通道内流固共轭传热进行了数值分析。研究结果表明:角部附近设计1 mm×2 mm非加热区域后,能够有效地避免角部热集中现象,非加热区对流道中间部位温度场的分布影响不大;非加热区域固体设置为导热边界条件时,角部附近加热面上的内壁面热流密度和温度的分布变得不均匀;固体金属材料的热传导使得非加热区域内固体的温度有所升高,有利于提高该区域流体的温度;非加热区域固体设置为绝热边界条件时,等体积热流密度和等壁面热流密度对矩形通道内的换热性能影响不大。

矩形窄缝过冷沸腾汽泡滑移起始点可视化初步研究

采用高速摄像仪对矩形窄缝汽泡滑移起始点进行了可视化实验初步研究。实验发现,在1.3mm的矩形窄缝中,汽泡滑移起始点在壁面上的分布呈抛物线形状,质量流密度、热流密度和系统压力对汽泡滑移起始点位置影响较大;表面粗糙度和流体波动对汽泡滑移起始点位置和滑移起始点汽泡尺寸大小有较为明显影响。

摇摆条件下矩形窄缝通道内汽泡脱离直径模型构建及分析

在静止条件下汽泡脱离直径预测模型的基础上,引入摇摆条件引起的瞬变外力场,构建了摇摆条件下汽泡脱离直径预测模型,通过实验数据进行验证,结果符合较好。通过受力分析发现,摇摆运动引起的浮力波动必须予以考虑。模型计算发现:角位移θ=0°时,汽泡脱离直径最小;而质量流速越大,这种趋势越不明显。如果系统存在5%以上的流量波动,则其对汽泡脱离直径的影响必须加以考虑。

矩形窄缝通道轴向非均匀加热临界热流密度试验本体设计

矩形窄缝通道轴向非均匀加热临界热流密度试验研究的关键技术包括试验本体设计、试验技术、试验数据处理等,而试验本体的设计是试验研究能否正常开展的关键。因此,准确、合理的试验本体的设计,对于矩形窄缝通道轴向非均匀加热临界热流密度试验研究是非常重要的。本文介绍了矩形窄缝通道轴向功率按截断余弦分布的临界热流密度试验本体的设计方法和结果。试验采用电加热方式,通过改变试验本体沿轴向的壁厚来实现非均匀加热,本文还介绍了试验本体的绝缘措施,临界测量方法等。

摇摆条件下矩形窄缝通道单相等温流动摩擦阻力特性研究

通过实验研究和数值计算相结合的方法研究摇摆条件下矩形窄缝通道单相等温流动摩擦阻力特性。研究发现:受摇摆附加惯性力的影响,流道内的微观流场出现变化,但在本实验参数范围内,流场的微观变化较小,摇摆对摩擦阻力特性的影响可以忽略,由流道静止状态获得的摩擦阻力系数计算公式在摇摆条件下仍然适用。

摇摆条件下矩形窄缝通道内汽泡脱离直径实验研究

以去离子水为工质,可视化研究了矩形窄缝通道内不同质量流速下摇摆运动对汽泡脱离直径的影响。研究结果表明,由于摇摆运动引起的局部流场波动,汽泡生长过程变得不稳定,且汽泡脱离直径在一定范围内波动,这种效应会随质量流速的增大而减弱。线性拟合发现,摇摆角位移为0°时,汽泡脱离直径有最小的趋势。

矩形窄缝通道临界热流密度数值预测

利用已有的实验数据对Weisman模型和Kwon模型的计算结果进行计算与分析。结果表明:2套模型计算偏差分布趋势相似,但Kwon模型的分散度较小,精度更高。对于矩形窄缝通道,已有的汽泡壅塞模型预测精度较差;不宜将汽泡壅塞模型直接用于矩形窄缝通道。结合矩形窄缝通道自身的特性对其中的Kwon模型进行了拓展。改进后的模型具有良好的预测精度且消除了系统性偏差。

垂直矩形窄缝内的过冷流动沸腾换热性能

用高速摄像等方法研究了有压模化介质在单一垂直矩形窄缝流道内的气泡形态和传热情况 ,发现窄缝流动沸腾换热强化的原因在于流道尺寸较小 ,气泡的形状发生变化 ,增加了界面体积浓度 ,并强化了对加热面附近的扰动 ,使换热有所强化。通过与实际测量的壁温数据进行比较 ,发现用于计算大流道和池过冷沸腾换热的 Rohsenow关系式预测窄流道内高热流密度下的过冷流动沸腾换热的误差不大 ,但对于较低热流密度下的过冷流动沸腾时误差较大 ;通过最小二乘法对 Rohsenow关系式进行修正后 ,误差低于± 2 5 %。

矩形窄缝自然循环密度波不稳定特性实验研究

以去离子水为工质,对其两相自然循环流动不稳定性进行了实验研究,得到了2mm和5mm的矩形缝隙条件下的流量变化情况。实验结果分析表明：2mm矩形窄缝的流量波动周期为4~5s,5mm的流量波动周期为5~7s;2mm矩形窄缝的上下振幅对称性不佳,5mm的上下振幅对称性较好;随着加热量的增加,2mm和5mm矩形窄缝的波动周期均会增大。2mm矩形窄缝随着功率的增加,出现了流量漂移,密度波波动特征减弱。

矩形窄缝通道内汽泡脱离直径可视化研究

以去离子水为介质,研究热流密度、入口过冷度和质量流速等热工参数对矩形通道内汽泡脱离直径的影响。主要参数如下:主流流体流动方向分别为竖直向上和纵倾45o,压力为0.16 MPa,质量流速G=300~700 kg/(m2.s),热流密度q=27.6~228.3 kW/m2,入口过冷度ΔTsub=20~40℃。研究发现,热流密度和入口过冷度对汽泡脱离直径的影响不明显;随着质量流速的增大,汽泡脱离直径明显减小。

升沉条件下矩形窄缝通道单相等温流动摩擦阻力特性研究

采用实验和理论分析相结合的方法研究升沉条件下矩形窄缝通道以水为介质的单相等温流动摩擦阻力特性。结果表明,矩形窄缝通道的几何效应体现在层流区;影响升沉条件下矩形窄缝通道摩擦阻力特性的因素是通道入口和出口边界条件;当入口和出口均给定速度边界时,升沉运动对等温流动没有影响,在静止状态获得的摩擦系数计算公式在升沉条件下仍然适用。