摇摆运动下窄矩形通道内沸腾换热特性实验研究

作     者：吕路路 

作者单位：哈尔滨工程大学 

学位级别：硕士

导师姓名：高璞珍

授予年度：2013年

学科分类：08[工学] 082701[工学-核能科学与工程] 0827[工学-核科学与技术] 

主      题：摇摆运动 矩形窄通道 沸腾换热特性 机理分析 

摘      要：本文以去离子水为工质，采用双面加热实验段对倾斜、竖直静止与摇摆运动下窄矩形通道内沸腾换热特性进行了实验研究和理论分析。 通过冷态阻力特性实验，验证了测量仪表、测量参数的可靠性和量程设置的合理性。并获得了单相沿程摩擦阻力系数，通过与理论值的比较，验证了实验装置可靠性与数据采集系统的准确性。通过热态换热特性实验，比较了实验值与Gnielinski理论值，确定了实验段的散热量，验证了温度测量系统的可靠性。阻力特性实验和换热特性实验为流动沸腾实验及后续的数据处理打下了基础。 倾斜与竖直静止时的系统非常稳定，各热工参数并未发生波动，当加热功率较低，实验通道内的含气率不高的情况下，摇摆运动下的实验现象基本和倾斜和竖直静止时相同，而随着热流密度的增加，当实验通道内的含气率达到一定程度后，摇摆运动会引起各热工参数的周期性波动。在相同的实验工况下,竖直静止时的沸腾换热系数总是高于倾斜时的沸腾换热系数,而对于摇摆条件下沸腾换热系数，其时均值基本不受摇摆运动的影响，基本与竖直静止时的一致，但是瞬时沸腾换热系数的振幅受到摇摆运动的影响，且随着系统的参数的变化而呈现不同的变化规律。利用实验数据对已有沸腾换热模型进行分析评价，发现Liu&Winterton与Lee-Lee模型能够较好的预测实验结果，而两者择大模型Kandilikar和Shah、叠加模型Chen以及增强模型Kenning&Cooper对实验值预测的误差较大，通过对实验数据的分析发现，窄矩形通道内的沸腾换热是受核态沸腾和对流蒸发共同影响，基于考虑两种影响的Liu&Winterton模型，对强化因子进行了修正，修正后的实验关联式能够较好的预测实验结果。 摇摆运动对矩形窄通道内时均沸腾换热系数影响较小，而对瞬时沸腾换热系数的波动幅度有着明显的影响。通过分析发现，摇摆过程中两相流体中会反复出现冷凝和闪蒸过程，这会引起通道内含气率的变化，而一定量的含气率是摇摆引起热工参数波动的前提条件，计算发现摇摆引起的惯性力对于沸腾换热基本没有影响，摇摆引起回路空间位置的改变才是造成热工参数波动的最终原因。实验结果也表明，相对于最大摇摆角度，摇摆周期对于瞬时沸腾换热系数波动幅度影响更加明显。