水平柱群通道全氟己酮过冷沸腾传热特性研究

为提升散热量不断增加的电力电子器件冷却系统的高效换热能力,提出采用全氟己酮为工质的水平双直角五边形肋柱通道流动沸腾换热系统对其进行冷却。通过实验的方法制作了入口当量直径为3.81 mm的五边形柱群通道结构,对通道内流动沸腾的平均及沿程换热特性展开了研究,实验工况如下:壁面热流密度为50~400 kW·m^(-2),入口流速为0.1~0.9 m·s^(-1),入口过冷度为15~35℃。结果表明:当热流密度低于100 kW·m-2时,单相对流占主导,增加流速与过冷度能够明显促进壁温降低;当热流密度高于200 kW·m^(-2)时,沸腾吸热占主导,增加流速与过冷度时壁温的降低幅度不明显;在热流密度为400 kW·m^(-2)、过冷度为15℃的工况下,柱群通道的平均传热系数最高;通道沿流向的局部传热系数总体呈现上升趋势,随着热流密度的增大、流速与过冷度的降低,通道出口传热系数相比进口的增长更加显著,此时通道内流体沿流向的沸腾剧烈程度发展速度更快、通道出口的沸腾程度更剧烈。该研究可为水平柱群通道内流动沸腾传热的最佳工况设计提供理论基础。

熔盐横向冲刷过冷沸腾水传热特性实验研究

熔盐-汽水换热器性能直接影响塔式太阳能热电站的发电效率,以太阳盐为工质,实验研究了熔盐横掠冲刷管内过冷沸腾水传热特性,工况参数为:熔盐质量流速504~594 kg(/m^(2)·s),熔盐温度350~560℃;管侧质量流速135~226 kg(/m^(2)·s),入口温度260℃,热流密度65~465 kW/m^(2)。研究影响熔盐换热器传热,特性的关键参数与次要参数,其中熔盐温度及水侧压力对传热特性影响较大。最后,将实验数据与文献中的关联式进行了对比分析。

矩形通道过冷沸腾可视化实验研究

板状燃料组件冷却剂通道狭窄,与常规圆管通道内的气泡生长不同,其受限流道将引发气泡形变、局部湍流变化等问题,对气泡的聚合、破碎、形变等造成严重影响。为了解矩形窄缝通道内的气泡生长行为和两相流型变化,文章以去离子水为工质,对一面加热三面可视的长宽为0.5 mm × 2.0 mm的矩形窄缝通道内气泡生长过程进行可视化实验研究,给出了在系统压力0.5~1.0 MPa,入口流量50~200 kg/(m2∙s),过冷度低于40 K,沸腾段壁面热流密度100~500 kW/m2条件下的局部空泡份额变化特性,得到了过冷沸腾工况下的气泡生长行为和泡状流到弹状流动区域的流型转变特性,并给出了经可视化图像后处理程序测得的时均空泡份额。

水平管道过冷沸腾换热的非稳态数值计算

为研究循环式冷却系中涉及的过冷沸腾流动传热特性,基于VOF多相流模型和Lee相变模型对一水平管道中的过冷流动沸腾过程进行非稳态数值计算。考虑到沸腾起始点的影响,在Lee模型的基础上引入Bergles提出的沸腾起始点关联式以对其进行修正。从热边界层发展和沸腾阶段的发展两方面分析水平管道过冷沸腾换热过程中的流动换热特性及其波动规律,总结了不同热流密度工况下相关参数的分布关系以及对流换热系数沿流动方向的分布规律。结果表明:热边界层的发展和沸腾不断加剧使得流场的不稳定性增加,加热区域后部对流换热系数的波动幅值是入口附近的2倍;热流密度的增加使得流动和换热参数沿流动方向的变化速度加快,热流密度为250 kW/m^(2)工况下,热边界层发展所影响区域约为150 kW/m^(2)工况下的60%;热边界层的发展使得加热段前部的对流换热系数呈现前高后低的特点。当受热区域热流密度较大时,换热设备可以通过减小换热通道长度的方式,在提升换热效率同时减小沸腾带来的换热系数波动的影响。

倾斜棒束通道过冷沸腾传热模型研究

过冷沸腾由于相变的存在导致传热大幅增强而广泛应用于多数换热设备中,棒束中过冷沸腾的应用十分广泛。在特定应用条件下,棒束会在倾斜条件下进行工作,因此,倾斜加热棒束壁面过冷流动沸腾传热特性的研究十分重要。本文结合汽泡动力学,根据倾斜工况下汽泡脱离特点,制定了倾斜条件下汽泡脱离准则,并对汽泡进行受力计算,得到了汽泡脱离直径等相关参数。此外,以力平衡模型作为汽泡参数计算基础,考虑倾斜壁面汽泡行为特征——只存在脱离汽泡,建立了倾斜棒束壁面热流分配机理模型,实现了对壁面热流密度的计算。模型计算结果表明,在误差线±20%以内可捕捉81.25%的数据,平均相对误差约为13.07%。

自然循环过冷沸腾流动不稳定性的实验研究

以氟里昂作工质,对自然循环过冷沸腾流动不稳定性进行了实验研究。重点研究了流动不稳定性的发生机理以及系统操作参数对流动不稳定性的影响规律。实验结果证实,在自然循环系统内,多数运行工况下会同时发生高频脉动和低频脉动两类流动不稳定性。高频脉动属于声波型脉动,低频脉动属于密度波型脉动。通过实验得出了判断系统稳定性的界限,并使用积分方程无因次分析方法得出了预测流动不稳定性的准则关系式,利用准则关系式拟合实验数据,所得的经验公式与实验结果符合良好。

自然循环过冷沸腾净蒸汽产生点的实验研究

本文报告了使用R-12作工质进行的自然循环过冷沸腾净蒸汽产生点的实验结果。实验过程中使用可视化方法观察确定过冷沸腾净蒸汽产生点。在相当宽广的工质压力、入口过冷度及加热功率范围内研究了上述参数对过冷沸腾净蒸汽产生点的影响。实验结果证实,对自然循环流动,汽泡所受的浮升力对净蒸汽产生点的汽泡的脱离有重要影响。据此,本文提出了使用同时考虑浮升力作用的修正的Levy模型计算自然循环过冷沸腾净蒸汽产生点的计算方法。

蒸汽发生器传热管一、二次侧耦合换热及管外过冷沸腾数值研究

采用两流体欧拉数学模型,结合气相和液相之间的界面传热、传质和动量交换封闭模型以及RPI壁面沸腾模型,利用ANSYS CFX 12.0对蒸汽发生器局部传热管束二次侧的过冷沸腾进行数值研究。数值研究结果与单管内过冷沸腾实验数据对比验证符合良好。结果表明,采用壁面沸腾模型能准确预测沸腾起始点的位置,同时梅花孔板的存在对二次侧流动换热特性影响显著。

竖直环管内低压水过冷沸腾数值模拟

采用Unal机理模型修正高压工况下气泡脱离直径的Tolubinsky关系式,并以基于有限元的有限容积法的CFX5.7为基本框架,通过添加用户程序实现了低压环管内水过冷沸腾的数值模拟.针对Lee的实验工况分析了过冷沸腾网格无关性的依据,研究了非曳力包括升力、湍流耗散力、壁面润滑力对径向空泡份额分布的影响,验证了模型在宽广工况范围内的适用性.计算表明:当进口过冷度及质量流速较小时,会在出口截面近壁面区域形成空泡份额的峰值,而进口过冷度或质量流速较大时则不会在出口截面近壁面区域形成空泡份额的峰值,这一点是与实验结果相一致的;液相流速的预测值与实验值较为接近,而气相流速预测值在加热面附近与实验值偏差较大.

卧式螺旋管内过冷沸腾换热特性实验研究

在系统压力p=0．41～0．63MPa，过冷度△T_sub=6～12℃，热流密度q=0．11～10．90kW．m～，质量流量G=-147～249kg·m-2·s-的条件下，对卧式螺旋管内R134a过冷流动沸腾的换热特性进行了实验研究。分析过冷沸腾条件下螺旋管不同截面上的壁温分布表明：截面周向壁温呈现不均匀分布；螺旋管的截面位置对部分过冷沸腾向充分发展过冷沸腾的转变产生了很大影响。分析了各实验参数对充分发展过冷沸腾换热系数的影响趋势：随着热流密度、系统压力的增大换热系数不断增大；但是，当入口过冷度增大时换热系数却在减小：质量流量对换热系数的影响并不明显。对实验数据进行回归分析，发展了适用于卧式螺旋管内充分发展过冷沸腾换热系数的关联式。

压水堆燃料棒束通道内过冷沸腾分析

使用Fluent14.5两流体模型中的RPI(Rensselaer Polytechnic Institute)壁面沸腾模型,对堆芯燃料棒束通道内过冷沸腾现象进行数值模拟,得到了通道内的流场、温度场以及空泡份额的分布,分析了定位格架和搅混翼的存在对热工水力特性的影响。数值结果表明,格架的存在会造成很大的压降,而搅混翼会对流场、温度场和空泡份额分布产生显著影响;RPI壁面沸腾模型的模拟结果与Bartolemei试验数据符合很好。

窄通道中过冷沸腾汽-液界面凝结换热系数

采用高速摄像仪以5000 fps的拍摄速度对竖直矩形窄缝流道内过冷沸腾的汽泡凝结过程进行可视化研究,结合相应的理论分析,并考虑对流换热以及热边界层增厚对凝结换热的影响,得到了无量纲汽泡直径β和界面凝结换热努塞尔特数Nu及其影响因素之间的关系式。与实验数据比较,预测误差在±25%以内。

过冷沸腾起始点和净蒸汽产生点的实验研究

本文报告了使用Ｒ－１２作工质进行的自然循环过冷沸腾起始点和净蒸汽产生点的实验结果。实验过程中使用可视化方法观察确定过冷沸腾起始点和净蒸汽产生点。在相当宽广的工质压力、入口过冷度及加热功率范围内研究了上述参数对过冷沸腾起始点和净蒸汽产生点的影响，在此基础上提出了计算自然循环过冷沸腾起始点和净蒸汽产生点的计算方法。

自然循环过冷沸腾流动不稳定性的实验研究

本文以氟里昂作工质，对自然循环过冷沸腾流动不稳定性进行了实验研究．实验过程中发现自然循环系统内可能发生高频脉动和低频脉动二种类型的过冷沸腾流动不稳定性．通过实验研究揭示了这二种类型流动不稳定性的发生机理，证实高频脉动属于声波型脉动，低频脉动属于密度波型脉动．通过实验得出了判断系统稳定性的界限，并使用积分方程无因次分析方法得出了预测密度波型流动不稳定性的经验公式．

狭缝中流动沸腾传热过冷沸腾起始点的实验研究

以间隙为 1 .0 mm和 1 .5 mm的环形狭缝通道中流动沸腾传热的实验数据为基础 ,分析了影响过冷沸腾起始点热负荷的主要因素 ,给出了计算环形狭缝通道中流动沸腾传热过冷沸腾起始点的经验关联式 ,并将计算结果与实验值进行了比较。该关联式可以用来预测实验范围内的过冷沸腾起始点的热负荷。

摇摆条件下圆管内过冷沸腾局部空泡时空分布特性

过冷流动沸腾在核能、动力、化工等工业领域广泛存在,局部空泡分布特性的准确预测对构建两相流数理模型及两相流动压降和传热特性计算均具有重要意义。实验借助光学探针测量手段研究摇摆条件下圆管内过冷沸腾局部空泡分布特性,并提出多周期同相位叠加方法获得摇摆运动条件下局部瞬时空泡份额。实验结果表明:摇摆条件下圆管内局部空泡分布呈现周期性波动规律,摇摆条件下圆管轴心区及近壁区均会出现局部空泡份额峰值,且流道近壁区局部空泡份额波动幅度最大;与静止条件下不同,摇摆运动周期内过冷沸腾局部空泡份额空间分布形态随时间发生变化;摇摆周期和摇摆角度对过冷沸腾局部空泡分布特性也存在一定影响。

基于不同润湿性微细通道过冷沸腾起始点(ONB)的实验研究

为了研究微细通道壁面润湿性对过冷沸腾起始点(ONB)的影响,采用Cu Cl_2溶液刻蚀普通光滑表面微细通道得到超亲水表面微细通道,再用氟硅烷溶液修饰超亲水表面微细通道得到超疏水表面微细通道。以R141b为实验工质,在压力为170k Pa、质量流率302.7~417.2kg/(m^2·s)、热流密度2.17~29.9k W/m^2的工况下进行流动沸腾实验。结果表明:超疏水表面微细通道ONB点的过热度最低,普通光滑表面微细通道达到ONB点所需过热度最高;随着热流密度的增大,距离出口最近的测点最先开始沸腾,达到ONB点所需过热度也为最小;随着质量流率的增大,ONB点的过热度逐渐增大。本文选取了7种典型的ONB点处壁面过热度预测公式,将实验值与公式预测值进行对比,发现HSU模型的预测效果最好,对光滑/超亲水/超疏水表面微细通道ONB过热度预测平均绝对误差(MAE)值分别为13.1%、20.8%和21.5%。为了更好地预测具有特殊润湿性表面的ONB过热度,引入表面能参数对HSU模型进行修正,预测精度大大提高。

流动过冷沸腾传热强化及阻垢

在流动沸腾传热实验中,考察了CaCO3污垢溶液的形成过程及各种工艺条件对流动过冷沸腾传热的影响.研究条件包括流体速度、溶液温度、CaCO3溶液浓度及热通量,实验中发现了一些规律.同时还考察了不同阻垢剂[聚天冬氨酸(PASP)、2-膦酸丁烷-1,2,4-三羧酸(PBTCA)及氨基三甲叉膦酸(ATMP)]对流动过冷沸腾传热的影响.结果表明,所选阻垢剂均能抑制污垢的生成并降低了污垢热阻,而且存在最佳浓度范围.但不同阻垢剂的阻垢效果不尽相同,在本实验条件下,ATMP的阻垢效果最好,PBTCA次之,PASP的阻垢效果较差.

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 %。

基于MUSIG模型的低温流体过冷沸腾数值模拟

在低温泡状流中,鉴于液相中离散的气泡尺寸大小不一,文中将MUSIG模型应用于低温流体过冷沸腾计算中。通过模拟液氮在竖直圆管内过冷流动沸腾过程,对各尺寸组气泡的分布、轴向空泡份额的分布规律及流动不稳定性进行了分析。计算结果表明:各尺寸组气泡在壁面和中心区呈现不同的分布规律;平均空泡份额沿轴向呈非线性递增变化;由于流型的转变,管内压降将出现突变。