自然循环过冷沸腾流动不稳定性的研究

本文以氟里昂12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两类流动不稳定性,并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。本文以两相流漂移模型为基础,对自然循环过冷沸腾流动不稳定性进行了数值模拟,数学模型考虑了热力学非平衡即过冷沸腾和过冷凝结对流动不稳定性的影响。数值模拟结果与实验结果符合良好。     

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．     

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。     

局部超亲水调控自然循环流动沸腾传热研究

气液分层流动沸腾现象是水平加热管道内在低热流和流量条件下常见的现象,提高和改善气液分层流动沸腾换热对于改善换热设备性能具有重要意义。本文通过建立蒸发段水平加热自然循环流动沸腾实验台,通过对加热功率为1000 W,长度为0.8 m,,内径为15.0 mm的蒸发段内典型的气液分层区域(C-D区)沸腾表面进行局部超亲水修饰,研究局部超亲水修饰对自然循环系统内气液分层流动沸腾性能的影响。实验结果表明:局部超亲水表面处理方法可以有效改善传热特性,蒸发段各截面温度均有不同程度的下降,并且各截面温度变化趋势趋于平缓;局部超亲水表面可以提高蒸发段平均传热系数159%,并且有效降低蒸发段热阻。     

水过冷流动沸腾传热关联式研究

水过冷流动沸腾传热计算在核能、热动力、以及电子设备冷却等领域有着广泛应用。现有过冷流动沸腾传热关联式对水的误差较大,不能适应工程应用的需要。本文系统总结了过冷流动沸腾传热关联式,收集了1412组水的过冷流动沸腾传热实验数据,用此对16个现有过冷流动沸腾传热关联式进行了评价分析。对流动沸腾传热建模方法进行了大量研究,在提高模型精度方面获得突破。提出了水过冷流动沸腾传热的新关联式,其误差MAD只有11.3%,50.8%的数据点的误差在士10%以内。而最好的现有公式的MAD为38.3%,只有19.7%的数据点的误差在±10%以内。     

强制循环到自然循环过渡过程中流动不稳定性的研究

本文对安装有引射器的回路系统从强制循环到自然循环的过渡特性进行了实验研究和数值模拟，实验结果表明，在过渡过程中、当加热功率超过某一限度，系统内将发生密度波型汽液两相流动不稳定性，危及设备的安全运行。数值模拟采用汽液两相热力学非平衡模型以考虑过冷沸腾对流动不稳定性的影响，使用迭代解法求解差分方程，数值模拟结果与实验结果相当一致。     

微通道过冷流动沸腾气泡滑移特性研究

利用可视化手段实验研究矩形截面微通道过冷流动沸腾中的气泡滑移现象。实验使用截面尺寸为1 mm×1 mm的铜基微通道,使用工质为去离子水,气泡滑移过程由高速CCD相机观察并记录。实验研究发现,微通道过冷流动沸腾中的气泡滑移过程可区分为低速滑移阶段和高速滑移阶段,在不同阶段气泡直径、气泡接触直径以及气泡滑移速度具有不同的变化特点,而且气泡的最大滑移速度发生于气泡脱离通道壁面而进入主流的时刻。同时研究了运行工况对于气泡滑移过程的影响,发现滑移气泡的最大滑移距离和最大滑移速度均随沸腾数Bo的增加而增大。     

微通道过冷流动沸腾汽泡动力学行为研究

微通道相变冷却技术在高热流密度散热领域具有广泛的应用前景,本文通过FLUENT内的流体体积VOF模型来建立过冷流动沸腾下微通道内单汽泡生长模型,通过用户自定义函数UDF在汽液界面上添加质量源项和能量源项实现相变。研究结果表明,汽泡的上游接触角恒大于下游接触角,汽泡的大小随时间先呈幂函数增长,开始受限后则随时间线性增长。随着入口速度的降低、壁面过热度的提高与入口过冷度的降低,汽泡的生长速度均能加快,受限时间均可提前。     

过冷流动沸腾气泡生成状态的可视化实验研究

采用CCD高速摄像技术和数字图像处理技术,针对各种操作条件和加热面结构下的过冷沸腾气泡生成状态进行了可视化的实验研究。讨论了流场、主体温度、热流密度、加热面结构、加热面材质等对过冷沸腾传热的影响。结果显示,随主体流量增大,气化核心密度和气泡Satuer直径呈减小趋势,但当流量增加到一定程度,两者均变得与主体温度无关;随热流密度增加和过冷度减小,气泡S砒uer直径随之增加;加热面材质对气泡粒径无太大影响。根据试验数据和分析结论提出了沸腾气泡Satuer直径经验公式。     

微米线结构表面的过冷流动沸腾实验研究

以去离子水为工质,配合高速摄像观测,研究了截面为0.5 mmx5mm的微细窄矩形通道内氧化锌微米线结构表面的竖直流动过冷沸腾.流量范围200～400 kg·m-2s-1,过冷度为10 K,热流密度最高为200 kW·m-2.分析了不同工况下过冷沸腾的沸腾曲线、平均换热系数、局部换热系数和流型特征.     

振动工况下过冷流动沸腾界面参数实验研究

过冷流动沸腾中局部时均界面参数对发展两流体模型十分重要,而振动工况下过冷流动沸腾的界面参数变化很少有文献报道。本研究采用四探头电导探针分别对静止工况和低频水平振动工况下环管内过冷流动沸腾的时均空泡份额、界面面积浓度和汽泡平均直径进行了测量,并且研究了不同流动工况对局部参数在径向位置处分布的影响。实验发现,低频水平振动对局部时均参数的影响比较有限,局部时均空泡份额和界面面积浓度略有下降,汽泡直径分布出现轻微波动。     

竖直矩形窄缝通道过冷流动沸腾的实验研究

本文以去离子水为实验工质,对常压下竖直窄缝通道内过冷流动沸腾的气泡特性进行了实验研究。通过可视化实验分析发现,汽化核心密度主要受壁面过热度影响,气泡脱离直径受壁面过热度、主流过冷度以及质量流速影响。拟合了汽化核心密度和气泡脱离直径的经验关系式,预测结果与实验值误差较小。     

窄流道内过冷流动沸腾汽泡生长的数值研究

本文提出了界面质点标记法与局部网格加密法相结合的方法来模拟界面移动,并对窄缝流道内流动沸腾时加热面上汽泡的生长进行了数值模拟验证,模拟结果与试验结果吻合较好,误差在±8.6％以内。该模拟方法可以较准确地对有相变的界面移动问题进行数值模拟。     

流动不稳定性对沸腾临界触发机制的实验研究

本文以D_(in)=2.15 mm的带旁通小流道为对象,分别在不同液相质量流速以及不同入口水温条件下开展沸腾临界实验,结合汽泡动力学行为以及两相界面形态特征,探讨流动不稳定性对沸腾临界的触发机制。在本文工况范围内,在流动状态由稳定阶段转变为不稳定阶段后,进一步增大热流密度会触发沸腾临界,且所有沸腾临界均属于DO型沸腾临界。当液相质量流速较高时,环状流近壁液膜主要在汽芯强烈的扰动作用下迅速破裂;当入口水温较低时,近壁液膜主要由于强烈的蒸发现象迅速破裂;因此沸腾临界与流动不稳定性几乎同步被触发。本文分别通过引入受限系数(N_(conf))、过冷数(N_(sub))、以及Weber数(We)来反映壁面的限制作用、入口过冷度、以及惯性力与表面张力对沸腾临界的影响,建立了适用于D_(in)=2.15 mm带旁通小流道的CHF模型。     

自然循环流动不稳定性的多目标优化极限学习机预测方法

极限学习机是近年来提出的一种前向单隐层神经网络训练算法,具有训练速度快、不会陷入局部最优等优点,但其性能会受到随机选取的输入权值和阈值的影响.针对这一问题,提出一种基于多目标优化的改进极限学习机,将训练误差和输出层权值的均方最小化同时作为优化目标,采用带精英策略的快速非支配排序遗传算法对极限学习机的输入层到隐层的权值和阈值进行优化.将该算法应用于摇摆工况下自然循环系统不规则复合型流量脉动的多步滚动预测,分析了训练误差和输出层权值对不同步长预测效果的影响.仿真结果表明,优化极限学习机预测误差可以用较小的网络规模获得很好的泛化能力.为流动不稳定性的实时预测提供了一种准确度较高的途径,其预测结果可以作为核动力系统操作员的参考.     

自然循环蒸汽发生器倒U型管内流动不稳定性判别准则

针对自然循环蒸汽发生器倒U型管内流动不稳定的特点,利用无量纲分析方法建立管内流体控制方程.采用小扰动分析方法,得到倒U型管内流动不稳定的判别准则.通过对某型蒸汽发生器进行计算分析,获得判别准则随流体进口温度和弯管半径变化规律.计算结果表明:随着流体进口温度的升高,特征雷诺数增加,但是不同流体进口温度条件下特征雷诺数随弯管半径的变化规律不同.相对于流体进口温度,弯管半径对特征雷诺数的影响较小.所得结论为蒸汽发生器倒U型管内倒流管空间分布及倒流流量计算提供理论依据.     

微通道过冷沸腾实验研究

设计并搭建了以R134a为工质的微通道散热及可视化实验台。对R134a在不同饱和温度、流速、热流密度条件下流经微通道产生过冷沸腾状态时的换热性能进行了实验研究。研究了壁面过热度,质量流速对热沉换热系数和压降的影响,通过结果分析,将整得换热区域分为单相对流、过冷沸腾、饱和沸腾三个区域。并采用基于高速摄像机的可视化技术对微通道内气泡运动状态进行了分析。     

基于Lyapunov指数的摇摆条件下自然循环流动不稳定性混沌预测

运用基于最大Lyapunov指数的混沌预测方法对摇摆条件下自然循环系统的流量脉动进行了预测. 对不规则复合型脉动的流量脉动实验数据进行相空间重构, 计算关联维数、二阶Kolmogorov熵和最大Lyapunov指数等几何不变量, 在说明不规则复合型脉动是混沌运动的基础上, 根据最大Lyapunov指数对不规则复合型脉动进行了预测. 通过预测结果和实验结果对比发现: 对于复杂的两相自然循环流动不稳定性, 预测结果具有较高的精度, 说明预测方法的可行性. 同时, 确定了混沌系统可预测的尺度, 提出用动态预测的方式监测系统流量脉动. 本文的研究方法为两相流复杂的流动不稳定性研究提供了新的思路. 关键词： 混沌时间序列 实时预测 最大Lyapunov指数 两相流动不稳定性     

浮升力对管内水过冷流动沸腾传热特性的影响研究

基于已知的2087组水的过冷流动沸腾传热实验数据,通过努塞尔数(Nu)和格拉晓夫数(Gr)的关系探讨了不同流动方向和加热方式下浮升力对过冷流动沸腾传热性能的影响。对上壁面单边加热水平矩形管内过冷流动沸腾传热进行了实验研究。实验结果表明,向上的浮升力阻碍了气泡向流体中的扩散,使得传热恶化。在增加流速、增大压力和减小过冷度的条件下,Nu均随Gr增加,使过冷流动沸腾传热得到强化。