竖直矩形窄流道内过冷沸腾汽泡生长特性及对换热的影响

在一个大气压下以水为工质研究了竖直矩形窄流道内过冷沸腾的汽泡生长特性。采用Laplace数(La)和时间因子(ξ)无量纲化汽泡半径和汽泡生长时间,得到了不同工况下的无量纲汽泡生长曲线。通过分析质量流速和热流密度变化对无量纲汽泡生长的影响,发现增加质量流速会抑制汽泡生长;增加热流密度则会促进汽泡生长。汽泡的生长行为会严重影响核态沸腾换热系数hNB,从而影响总沸腾两相流动换热系数htp。采用与雷诺数(Re)相关的无量纲时间(t*)的1/3次方模型来预测无量纲汽泡生长,发现此模型能较好地预测本研究中所得到的无量纲汽泡生长数据。     

竖直矩形窄流道内汽泡生长的实验研究

在1个大气压下对间隙为2 mm的竖直矩形窄流道内向上过冷流动沸腾的壁面汽泡生长进行了可视化实验研究.用高速摄像仪以5 000 fps的速度拍摄512×512 pixel的图片,得到了不同工况(变热流密度和变质量流量)下各汽泡的生长数据.计算了汽泡生长的平均当虽直径(D)与汽泡生长时间的关系;拟合出汽泡生长的指数曲线.研究发现,拟合指数曲线可较好地预测窄流道内汽泡生长,拟合指数曲线的系数K和n值与传统大流道的情况有较大区别;K与Ja数的关系不像传统大流道那样明显;n值在0.339～0.914之间变化.     

汽泡滑移现象及质量流速和热流密度对汽泡滑移生长的影响

以去离子水为工质,对较高系统压力下竖直矩形窄流道内的汽泡生长特性进行可视化研究.由于单位体积潜热的提高,系统压力升高将抑制汽泡的生长,使得在相同生长时间内汽泡的尺寸大幅减小;随着系统压力升高,汽泡在核化点处的生长时间会明显地缩短.压力较高时,汽泡生长主要是在滑移过程中进行,滑移过程中,会间歇性地离开又再附上加热壁面;汽...     

窄矩形通道内过冷流动沸腾汽泡生长模型研究

采用高速摄影的方式,对不同系统压力条件下窄矩形通道内汽泡生长过程进行了可视化实验研究,分析了回路系统压力、主流过冷度、壁面过热度、主流速度等热工参数对汽泡生长的影响,并在Zuber公式的基础上建立了可满足不同实验工况的汽泡生长模型。结果表明： Ja 、Bo、Re和无量纲温度θ可较为全面地描述热工参数和流动参数对汽泡生长的影响,在其他条件相同的情况下,汽泡生长指数拟合曲线的K和n值随压力的升高明显减小;θ越大,汽泡的生长时间和所能达到的最大直径越小;在给定的参数范围内模型结果与实验结果符合较好,但由于低压条件下汽泡直径变化的随机性更强,所以模型结果与个别低压实验数据的相对误差较大。     

窄空间内受限空泡演化特征的可视化实验研究

对窄空间内自然对流条件下的沸腾空泡演化行为进行了可视化实验研究。液相工质为去离子水，实验段采用聚碳酸酯材料，窄小空间尺寸为2 mm×10 mm×250 mm。加热片采用FTO导电玻璃，从而实现从汽泡底部观察其生长特性。本文得到了不同热流密度下的汽泡生长特性曲线，发现在汽泡生长过程中，其长度与宽度的变化均符合指数规律，且长宽比在生长末期在一个固定值附近波动。汽泡生长速度随热流密度的变化不呈线性关系，受多种因素共同影响。同时，还分析了窄空间流道内汽泡聚合过程的受限界面演化特性。     

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。     

窄通道内的汽泡核化以及滑移汽泡的影响

针对不同压力下窄通道内的过冷流动沸腾汽泡核化进行了实验研究,通过高速摄影技术观察了汽泡的核化和滑移过程。实验结果表明,与常规通道有所不同,窄通道内的汽泡一般不会离开加热壁面而产生浮升现象,汽泡主要沿加热壁面进行滑移运动。不同压力条件下的汽泡核化有较大的差别,较低压力条件下汽泡核化点沿加热壁面分布比较均匀,而压力升高后的汽泡核化点主要集中在沸腾起始点附近,下游核化点数目则相对较少。核化点分布形式的不同主要是由不同压力下汽泡滑移特性的不同所导致的。     

起伏运动对矩形窄缝通道内汽泡直径分布的影响

为进一步探明起伏条件下过冷沸腾两相流相分布特性,采用高速摄像技术和数字成像分析技术,对静止和起伏条件下窄缝通道内汽泡进行可视化实验研究.实验结果表明:随着起伏频率增加,各相位间流道内汽泡直径变化增大.在相同的起伏条件下,增加质量流速将减小各相位间汽泡直径波动幅度.文中给出汽泡平均直径随起伏运动波动幅值的预测关系式,预测结果平均相对偏差为±19.1％.     

生长及脱离汽泡附壁接触直径经验关系式

对汽泡附壁接触直径随汽泡生长的变化过程进行了现象描述和理论分析.对大量已有文献中相关的实验数据进行分析,得到汽泡无因次附壁接触直径随无量纲汽泡生长时间的变化关系,提出了与无量纲汽泡生长速度、无量纲汽泡半径相关的汽泡附壁接触直径经验关系式.在确定此关系式中的2个系数后,关系式能很好地预测文献中的汽泡附壁接触直径,误差在±20%以内.     

窄流道内过冷流动沸腾条件下汽泡滑移特性研究

对竖直矩形窄流道内的汽泡滑移进行可视化实验,得到汽泡滑移运动的特性和滑移距离随工况变化的特性.建立基于能量平衡的热量分析模型,研究汽泡滑移对换热特性的影响.分析表明,滑移运动的汽泡比周期性固定生长的汽泡所引起的强化换热效果更显著.本文引入滑移汽泡扰动强度的概念,提出了滑移汽泡和固定汽泡扰动所导致的热流密度表达式,并分析...     

流动泡核沸腾中汽泡行为的MPS数值模拟

采用移动粒子半隐式（MPS）方法分别对加热面水平、竖直和45°倾斜放置时流动泡核沸腾中1个汽泡的成长至脱离过程进行了二维数值模拟,并将数值模拟结果与实验结果进行了对比。结果表明：汽泡的形状与成长速率的数值模拟结果与实验结果相符合,数值模拟成功地预测了实验中观察到的汽泡脱离前的滑移现象。     

单气泡生长的高速激光干涉可视化研究

为研究过冷沸腾中气泡的生成机理并为壁面沸腾模型的建立提供数据支撑,本研究采用透光的氧化铟锡（ITO）薄膜作为加热材料,使用激光干涉法和高速相机对池沸腾中单气泡的生长过程进行同步测量,获取了气泡底部微液层的结构和变化过程,同时得到气泡干斑直径、气泡直径等相关参数。研究结果表明,气泡生长过程可分为底部存在微液层的生长阶段和底部完全蒸干后的脱离阶段两部分,两阶段的时长大致相当。在生长阶段,干斑直径和接触直径逐渐增大;在脱离阶段,接触直径逐渐减小。在气泡稳定生长时期,接触直径与气泡直径的比值约为0.6。实验结果验证了微液层边缘存在弯曲结构。本研究获得的气泡微液层演变数据可为气泡生长模型提供实验支撑。     

基于沉淀相粗化机制的裂变气泡长大模型研究

基于合金中沉淀相粗化机制,建立了裂变气泡(FGB)长大的数学模型,以铀合金和陶瓷UO_2燃料为例,计算了在不同辐照温度和外压约束下气孔率、平均孔径随燃耗深度的变化。对UO_2燃料,当外压约束相同时,在700°C下的气孔率增长速度比400°C下的约快25%;外压约束对FGB的长大有一定抑制作用,但影响相对较小。由于金属燃料易于发生塑性变形,在同样的燃耗下,气孔率和平均孔径都显著大于陶瓷燃料。     

过冷沸腾水中单汽泡成长的数值模拟

采用流体动力学程序ANSYS FLUENT中的流体体积法(VOF)计算二维条件下静止的过冷沸腾水中单汽泡的成长过程。相变过程可以通过在靠近汽-液交界面的网格的纳维斯托克斯方程中添加额外的质量源项和能量源项模拟,表面张力、汽泡与壁面之间的接触角以及汽泡底部液体层的蒸发也被考虑进来。将计算结果与实验结果对照进行验证,计算结果与实验结果符合较好;数值分析可得到一些实验中难以直接测量的物理参数,如温度场与速度场。     

矩形窄通道内汽泡滑移与冷凝前期生长模型研究

矩形窄流道内汽泡生长会直接改变相界面浓度,从而影响流道的传热传质性能。为获得适用于窄流道内不同类型的汽泡生长模型,基于通体可视的实验本体,开展壁面沸腾流动换热实验。基于传热能量方程,研究过冷沸腾中汽泡滑移与冷凝前期两种情况下汽泡生长模型。实验结果表明汽泡呈现两种形式的生长,即汽泡滑移生长以及冷凝前期生长。建立了两种情况下的汽泡生长模型,实验数据验证模型误差在20%以内。因此,本研究能为沸腾两相数值模拟提供更加精细化的汽泡生长模型,从而提高汽泡行为的预测精度。     

矩形窄缝通道内滑移汽泡生长及界面形态可视化研究

采用高速摄像仪从宽面和窄面观察窄缝通道中孤立汽泡区域内滑移汽泡生长以及滑移过程中汽泡界面形态的变化规律。研究结果表明,在拍摄窗口内滑移汽泡生长速率较小,小汽泡的生长速率略高于大汽泡的生长速率。从宽面观察,滑移汽泡呈近似球状;从窄面观察,平行于加热面方向的轴长略小于垂直于加热面方向上的轴长。总体来说,在本实验工况下,汽泡在滑动的过程中其前后接触角变化不大。