搖擺條件下窄通道流動(dòng)沸騰氣泡脫離特性研究.pdf

1、窄矩形通道因結(jié)構(gòu)緊湊和較高的換熱效率而得到越來越多的應(yīng)用,尤其是在航天和核動(dòng)力設(shè)備中。研究窄通道中的兩相流特性對(duì)窄通道結(jié)構(gòu)在設(shè)備中的應(yīng)用有重大意義。本文主要研究窄通道中過冷流動(dòng)沸騰氣泡的脫離特性。實(shí)驗(yàn)壓力主要集中在常壓下。工質(zhì)采用去離子水,入口過冷度為10~30K,質(zhì)量流量為80~250kg/h,熱流密度為0.03~0.5MW/m2。實(shí)驗(yàn)回路是閉式回路,搭建在搖擺臺(tái)上,可以進(jìn)行不同周期和角度的搖擺來模擬海洋條件,并可以進(jìn)行大角度的傾斜實(shí)

2、驗(yàn),研究搖擺和傾斜對(duì)氣泡脫離的影響。
　　實(shí)驗(yàn)段是單面加熱可視化實(shí)驗(yàn)段,實(shí)驗(yàn)中高速攝影儀拍攝速度為5000fps。利用高速攝影儀拍攝通道中的氣泡行為,捕捉氣泡從開始產(chǎn)生到潰滅的所有行為。圖片記錄了氣泡的位置、直徑、滑移和脫離等信息,利用相應(yīng)的處理方法來獲得這些數(shù)據(jù)。
　　常壓下過冷沸騰的氣泡生長直徑較大,冷凝速度也較快。Zuber過冷沸騰生長模型適用于本實(shí)驗(yàn)中的氣泡生長曲線。氣泡生長力對(duì)氣泡的行為影響較大,對(duì)氣泡的垂直脫離影

3、響較大。氣泡在浮升之前先開始滑移,氣泡的浮升主要是由于冷凝引起的。
　　實(shí)驗(yàn)中質(zhì)量流量、過冷度和熱流密度對(duì)氣泡行為均有影響。質(zhì)量流量增加,氣泡的最大直徑減小,氣泡的浮升直徑也減小,氣泡的滑移速度增加;質(zhì)量流量減小時(shí),氣泡的最大直徑增大,氣泡的浮升直徑也增大,氣泡的滑移速度也減小。過冷度降低和熱流密度增加時(shí),壁面上的核化點(diǎn)增多,氣泡的脫離頻率增高,氣泡的最大直徑增大,氣泡的浮升直徑也增大;當(dāng)過冷度增加和熱流密度減小時(shí),氣泡的最大直徑

4、減小,氣泡的浮升直徑減小,氣泡的脫離頻率減小。在本實(shí)驗(yàn)中,Zuber模型過高預(yù)測(cè)了氣泡的生命周期,采用新的擬合公式比較準(zhǔn)確預(yù)測(cè)氣泡的生長和冷凝速率。搖擺的周期和角度對(duì)氣泡的脫離頻率影響極小。搖擺對(duì)氣泡生長的最大直徑影響較大,在正角度時(shí),氣泡的最大直徑大于負(fù)角度時(shí)的氣泡最大直徑。在傾斜靜止時(shí),正角度傾斜下的氣泡脫離頻率和最大直徑大于負(fù)角度傾斜時(shí)的氣泡脫離頻率和最大直徑。
　　不凝性氣體對(duì)氣泡行為影響較大。不凝性氣體會(huì)產(chǎn)生長距離滑移的