基于人工神经网络分析面朝下加热池式过渡沸腾

基于不同间隙尺寸下、水平小间隙内面朝下加热自然循环池式沸腾的实验研究，利用过渡沸腾段实验数据训练出一成熟的人工神经网络（ANN）。运用该人工神经网络系统分析了壁面过热度Δt_w、无量纲水平间隙δ/D、Pr、Ra对换热性能的影响。在此基础上，拟合出一用于计算水平小间隙内面朝下加热过渡沸腾Nu的经验关系式，该关系式计算值与实验值符合较好。     

水平窄缝内多孔介质传热特性研究

对面朝下加热水平窄缝内多孔介质的传热特性进行了实验研究,得到了不同工况下的沸腾曲线.通过比较各工况下的沸腾曲线得出:多孔介质的存在大幅提高了面朝下加热水平窄缝内传热的换热系数,尤其是沸腾段的换热得到了很大程度的强化;提高窄缝宽度,选用热导率高的固体微粒制作多孔介质等可提高多孔介质的换热能力.根据多孔介质传热的机理,拟合出了面朝下加热水平窄缝内多孔介质的自然对流传热与核态沸腾传热关联式.     

多孔球层内沸腾现象与传热特性研究

采用池式沸腾实验系统,在常压底部加热条件下分别对由直径4、6、8mm玻璃球构建的多孔结构内沸腾过程进行了可视化研究.结果表明,过冷沸腾时,加热壁面上产生孤立汽泡,小汽泡可聚合为主汽泡,主汽泡脱离频率较低,汽相以分散的小汽泡为主;饱和沸腾初期,汽泡生长变快,主汽泡体积变大,连续汽相范围广阔;主汽泡形成频率随热流密度增加而增加;膜态沸腾时,底面被汽膜包围,液相占据球层空间.球体直径越大,产生同类现象需要的热流密度越大,传热系数的极值越大.饱和沸腾存在传热强化区和抑制区.直径4、8mm玻璃球构建的多孔介质传热系数随热流密度的增加而增加,6mm多孔介质则相反.     

池式沸腾和流动沸腾的人工神经网络研究

成功构建了2个分别用于预测同心圆管开式热虹吸器内自然循环临界热流密度(CHF)和池式核态沸腾换热系数的人工神经网络。其预测均方误差分别为16.43%和19.57%。用训练成功的人工神经网络分析了2种沸腾换热的影响因素,分析结果表明:热虹吸器内同心内管的出现使CHF增加,热虹吸器内的CHF随内管外径的增加先增加后减小。池式核态沸腾表面传热系数随压力的增加先呈线性增加,当压力接近临界压力时,增加速度增大。     

低压低流速条件下的过冷沸腾换热特性

为探究低压低流速条件下的过冷沸腾换热特性,开展本实验研究。通过分析实验中采集的热工参数和可视化图像,探究了沸腾滞后现象、沸腾失稳现象以及沸腾换热特性。实验发现沸腾起始点壁面过热度较高,而沸腾的发生大幅提高了换热系数,因此出现了显著的沸腾滞后现象。实验中较为光滑的加热面可达到较高的过热度,而低压下快速产生的气泡尺寸较大,在较低的热流密度下气液界面发生剧烈变化,使气泡破裂为多个小气泡并成为核化点。在过冷沸腾换热系数的预测中,Dittus-Boelter对流换热关系式不再适用,采用Hallman关系式和Gnielinski关系式计算对流换热系数,并引入壁面过热度对池式沸腾换热系数进行修正,可使过冷沸腾换热系数的预测精度大幅提高。     

窄缝通道内过冷沸腾区域汽泡脱离频率研究

采用高速摄像仪对矩形窄缝通道内垂直上升流过冷流动沸腾区域汽泡脱离频率进行可视化实验研究。结果表明,汽泡脱离频率随质量流速的增大而减小,随入口过冷度的增大而减小,随热流密度的增大而增大。将实验数据与文献中汽泡脱离频率计算模型进行比较,发现基于池式沸腾和饱和流动沸腾开发的计算模型不能准确预测过冷沸腾区域汽泡脱离频率。本文以无量纲参数的形式,分别用液相雷诺数、过冷雅各布数和核态沸腾热流密度表示质量流速、主流过冷度和热流密度对汽泡脱离频率的影响,获得矩形窄缝通道内过冷沸腾区域汽泡脱离频率预测关系式,关系式的平均预测误差为±17.1%。     

加热面朝下的池沸腾汽泡动态行为研究

基于Matlab软件开发了自动识别气液两相流界面程序,程序可获得气液界面变化、汽膜厚度、汽膜脱离周期和汽膜法向速度等特征。利用该程序对沟槽结构加热表面朝下布置时,在不同倾角、不同热流密度下的汽泡动态数据进行了处理和分析。结果表明：加热表面朝下发生核态沸腾时,汽膜厚度随热流密度的增大而增大,汽泡脱离周期随热流密度的增大先减小,而后维持在一稳定值;汽膜脱离周期随倾角的增大而减小,倾角为5°时的汽膜脱离周期稳定在0.27 s左右。当发生沸腾危机时,汽膜厚度迅速减小,这可作为动态监测加热表面沸腾状态的依据。     

在双面加热的窄缝环形流道中流动沸腾换热研究

在窄缝流道内发生沸腾换热现象时,由于沸腾产生的汽泡受窄缝流道的限制,受压变形而消除了汽泡表面张力对传热的影响。因此对此现象进行基础性理论研究具有很重要的意义。本文在常压下用蒸馏水对窄缝间隙为 0.75mm的垂直环形流道,进行了流动沸腾传热实验研究。实验段的有效加热长度为 900mm,其加热方式为内外侧双面加热,实验的流量变化范围在 1.67× 10－ 5～ 5.83× 10－ 5m3/s。通过实验得到了在不同质量流速和热流密度下双面加热的窄缝流道中内外侧沸腾换热系数随干度变化的分布和特点。研究结果表明,由于在窄缝流道中存在着大量的运动聚合受压变形汽泡,因此使内外侧沸腾换热系数都很高 (可达 105W· m－ 2· K－ 1以上 )。     

矩形封闭腔内底部弧形面加热自然对流换热实验研究

小型模块化反应堆的安全壳上封头被设计浸没在大量冷却剂中,在严重事故发生后,安全壳内的堆芯余热通过上封头外部的自然对流排出。为了研究安全壳上封头外部自然对流换热的二维特性,利用一个矩形封闭腔装置,在底部弧形面加热及常压条件下,开展了换热实验。同时利用粒子图像测速法(Particle Image Velocimetry,PIV)测量了弧形加热面周围的流场形态。研究发现:平均努塞尔特数(Nu)随加热功率而增大,但增长速率呈降低趋势;沿着弧形加热面向上,局部换热强度先减小后增大,在弧形面40°附近达到最低值;PIV测量结果展示了加热面周围流场形态;主流区的流动速度分层现象明显,且在X=50 mm前后的分层趋势相反,其主要源于横向速度的差异;最大流速与加热功率无关,功率主要影响主流区域的流动速度和其横向速度分量。     

整体加热球床通道内流动过冷沸腾起始点的实验研究

以新概念球床水冷反应堆为背景,对含内热源球床通道中流动过冷沸腾起始(ONB)点的相关特性进行实验研究。选用直径8 mm的表面氧化碳钢球形成随机堆积床,利用电磁感应技术对球床整体加热,研究孔隙质量流速G、工质入口温度Tin和轴向测量位置对ONB点热流密度qONB的影响。实验结果表明,当热流密度q增加到一定值时,壁温Tw随热流密度q的变化曲线会出现拐点,此拐点即为含内热源球床通道内流动ONB点;qONB随G的增加而增大,随Tin的升高而减小;越靠近球床通道出口,qONB越小。导出了计算含内热源球床通道内qONB的无量纲准则关系式,预测值与实验值的偏差在±20%的范围内。