窄縫通道過冷沸騰流動換熱與壁面核化特性實驗研究.pdf

1、窄縫通道內過冷流動沸騰的現(xiàn)象普遍存在于工程中的許多領域，比如核反應堆的板狀燃料組件，高性能板式換熱器、微機電系統(tǒng)的冷卻系統(tǒng)等。窄縫通道內的流動過冷沸騰和常規(guī)流道內的現(xiàn)象有所不同，受限空間的影響使得窄縫通道內流動換熱特性更為復雜，針對窄縫通道內的流動換熱以及壁面核化特性的研究具有重要的學術意義和工程應用價值。
　　本文以去離子水為工質，開展了常壓下窄縫通道內流動過冷沸騰現(xiàn)象的可視化實驗研究。研究工況范圍：窄縫寬度1～4mm，質量流速

2、90～560 kg/m2s，流體入口過冷度6～35℃，壁面加熱熱流密度2～20 W/cm2，壁面過熱度小于10℃。進行了不同參數(shù)對窄縫通道流動換熱特性以及壁面核化特性的影響研究。
　　研究發(fā)現(xiàn)窄縫通道內過冷沸騰流動換熱特性與壁面核化特性密切相關，窄縫通道內的沿程換熱系數(shù)隨熱流密度的增大而增大，隨入口水溫的增大而增大，受質量流速和窄縫寬度的影響并不單一。在同一工況下局部區(qū)域瞬時氣泡總數(shù)呈現(xiàn)周期性變化，頻率與平均氣泡脫離頻率相同。壁面

3、氣泡的典型演化過程可以分成氣泡生長，壁面滑移，浮升湮滅三個階段，在演化周期中氣泡可能會發(fā)生合并、縮脹、變形等現(xiàn)象。周期性的壓降震蕩與氣泡演化的周期性有關。
　　對不同區(qū)域汽化核心點的統(tǒng)計驗證了精磨過的銅加熱表面汽化核心分布的均勻性，發(fā)現(xiàn)汽化核心密度隨著熱流密度的增大而增大，且原有的汽化核心絕大部分會在熱流密度增大后保持活性，而少量已有的汽化核心會因為流動換熱情況的改變而失去活性，壁面過熱度和窄縫寬度對汽化核心密度的影響明顯。實驗發(fā)

4、現(xiàn)汽化核心點產生氣泡的頻率呈正態(tài)分布，氣泡脫離頻率隨壁面過熱度的增大而增大，隨窄縫寬度的減小而增大，與質量流速、主流過冷度無關。宏觀瞬時氣泡總數(shù)的周期與微觀氣泡脫離頻率以及氣泡在壁面上的滑移時間有關。氣泡脫離直徑和氣泡浮升直徑接近正態(tài)分布，同一氣泡的脫離直徑和浮升直徑之間存在比例關系。氣泡浮升直徑隨壁面過熱度的增大而增大，隨主流過冷度的增大而減小，隨質量流速的增大而減小，隨窄縫寬度的增大而增大。參照文獻已有公式并依據(jù)實驗數(shù)據(jù)整理了汽化核