微柱表面液滴定壁温沸腾实验研究

利用高速摄像技术对去离子水液滴撞击微柱结构表面后的蒸发及核化过程进行观测。实验测得不同壁面温度下液滴蒸干时间,获得液滴沸腾曲线;发现相对光滑表面,微柱表面在50、60、70、80、120℃强化相变换热,120℃时强化比例最大,达到35.71%;壁温为90、100、110℃时,微柱表面无强化作用。从液滴直径和厚度的变化可知微柱表面液滴蒸发分为两个阶段:第一阶段,液滴直径不变,厚度变化;第二阶段,液滴厚度接近微柱高度,直径减小。随壁温升高,第一阶段时长显著缩短。液滴内部核化点密度和气泡平均直径随壁面温度的升高均有明显增大的趋势。需指出的是,液滴冲击对微柱表面液滴内部核化点分布有重要影响,受微柱结构及滴落冲击作用液滴内部成核气泡沿液滴半径呈辐射状分布。     

时空调控微柱表面浸润性强化单气泡沸腾换热

微结构耦合浸润性调控是目前强化核态沸腾换热的主要手段,针对水工质在单晶硅微柱表面的核态沸腾过程,采用CFD-VOF三维数值模拟方法,对比研究时间及空间分别调控表面浸润性对沸腾气泡动力学、相界面形变及传热性能的影响。结果表明：亲水性增强使得气泡界面曲率增大、合力增强,促使气泡的脱离;空间调控主要表现为增大气泡体积,时间调控则主要表现为优化气泡动力学过程,提高热流较大的生长阶段在整个气泡周期内的占比,从而强化换热;本实验工况下,空间梯度浸润表面以及在生长阶段提高壁面亲水性,均可大幅度提高单气泡沸腾换热性能,平均热流最大可提高42.7%;考虑微尺度下梯度浸润性加工难度,时间调控浸润性强化沸腾换热具有更好的发展前景。     

基于RS-FNN的核电厂设备智能故障诊断方法的研究

将粗糙集(RS)理论与模糊神经网络(FNN)相结合,能充分发挥各自的优点.本文利用RS方法对知识的约简技术,从大量的原始数据中提取精简的规则,基于这些规则建立的FNN网络具有更好的拓扑结构,学习速度大大提高、判断准确、容错能力强,具有更高的实用价值.为了验证该方法的有效性,以核电厂设备蒸汽发生器U形管破裂等故障为例,进行了仿真实验研究.诊断结果表明,将基于RS理论的FNN智能故障诊断方法引入核电厂设备故障诊断中是可行的,并且具有简单方便、计算量小、诊断结果可靠等特点.     

单晶硅表面池沸腾可视化测量及数据分析

针对核态沸腾过程,利用高速摄像机和红外热成像设备对光滑、微坑、均匀微柱和槽型微柱四种不同单晶硅表面的沸腾现象进行了在线可视观测,获得了各表面气泡动力学演变过程及局部温度演变规律,揭露了基于动力学过程的沸腾强化机理。由沸腾曲线可知,光滑硅表面,沸腾起始过热度为6℃,而三种微结构表面,起沸过热度为3～4℃;同时,微坑、槽型微柱和均匀微柱表面核态沸腾的CHF较光滑表面分别提高了109%、129%和140%。动力学演变过程则证明了微坑的存在为核化沸腾提供了核化点,有效降低了核化能垒、缩短了壁面蓄能阶段的时长。微柱的存在大幅度增加了气泡核化密度,减小了脱离直径,缩短了脱离时间,促进了沸腾表面温度的均匀化。     

新型外分液结构调控水平管间歇流流型

相变传热广泛存在于换热领域,而两相流中的厚液膜是恶化相变传热的根本原因。提出在换热管壁面设计新型网状外分液结构,利用金属网进行间歇流气液非能动相分离,从而调控流型、强化传热。通过搭建空气-水水平管冷态实验台,证实当间歇流经过外分液结构时,气体在表面张力作用下被金属网孔拦截,液桥和厚液膜则被分离出换热管,使管内液相减少,气相汇聚,有效增大气相与管壁的接触概率;多级分液后气液两相长度比呈振荡上升,甚至将间歇流调控为分层流。减小液速或增大气速,分液效果越好,间歇流最终转变为分层流所需经历的外分液级数越少,预期此结构可显著提高相变传热效果。     

新型工艺制备Fe/Cr/Si复合薄膜的结构研究

采用改进的水热法和新型工艺在SUS304不锈钢表面制备了Fe/Cr掺杂SiO2薄膜,并通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、电子探针(EPMA)和X射线光电子能谱深度分析(XPS)等检测手段对薄膜结构进行了分析.结果表明膜层主要分为两层:表层为共溶氧化物层;底层为Cr、Fe的氧化物,主要为尖晶石结构和Si网状结构.通过XPS检测结果得知,Si元素的加入不是简单的物理混合,而是与金属元素生成了Si-Fe键,进一步提高了膜层的结合力和耐酸性.     

相分离概念调控水平管分层流流型

冷凝传热广泛存在于各种冷凝器中,传统冷凝管内厚液膜将蒸汽与冷壁面隔开,是恶化冷凝传热的根本原因。提出采用非能动相分离概念,在冷凝管内设置柱状金属丝网,管壁与丝网之间形成环形间隙。液体在表面张力作用下被捕获到丝网内,气相在环隙内流动,使气液相分布与传热协同。为验证这一新颖学术思想,开展空气-水两相流实验,获得相分离概念调控水平管内分层流实验结果。发现当水平管内具有一定液位高度时,全部液体被捕获到网内流动,管壁完全被气相覆盖,实现“气托液”模式。水平管内液位较低时,部分液体被捕获至丝网内,气相与管壁接触面积增大。按以上相分离方法对分层流的调控,在发生冷凝传热时,预期可实现高强度冷凝传热。     

金属丝网超亲/疏水性强化气液相界面运动

利用多孔结构进行液体的导流和气液分离是近年来强化传热的研究热点,主要原理是气液固三相界面的受力平衡,固相材料的亲疏水性则是决定微孔内气液固三相界面运动规律的关键因素。针对具有一定亲水性的金属铜网,进行超亲水和超疏水处理;考察多孔结构亲疏水性对相界面以及气液两相分离效果的影响。结果表明,金属铜网具有浸润自相容性;经过亲疏水表面改性后,超亲水性能阻挡气泡的通过;超疏水性能的多孔铜网更易与气体为伍,形成致密气封膜,阻挡液体进犯。静态实验测定多孔丝网的浸润自相容能力,接触角为151°丝网,对液相阻滞力为117.6N·m^-2;接触角为0°的超亲水丝网对气相阻滞力为49N·m^-2,并建立了多孔结构浸润自相容性与分离临界气泡尺寸的数学关联。