含不凝氣體蒸汽氣泡與過冷水直接接觸冷凝的實驗研究.pdf

1、直接接觸冷凝換熱是指蒸汽與過冷水直接接觸并發(fā)生冷凝的換熱過程，其傳熱速率遠高于傳統(tǒng)方式。目前，直接接觸式換熱在工業(yè)上得到了廣泛應用，并且在余熱回收利用、核電非能動安全系統(tǒng)等領域也具有廣闊的前景。
　　在直接接觸冷凝換熱過程中，空氣等不凝結性氣體的存在會嚴重影響換熱效果，甚至威脅到換熱設備的正常運行。為研究空氣等不凝結性氣體存在條件下的蒸汽氣泡冷凝過程，本文搭建了含空氣的蒸汽泡狀直接接觸冷凝過程的可視化實驗臺，采用高速攝像和圖像處理

2、技術相結合的方式，對大直徑含空氣的蒸汽氣泡冷凝過程進行了實驗研究。
　　本文結合圖像處理技術的相關要求，分析了材料、設備對可視化實驗的影響，并結合圖像處理技術對輔助照明裝置進行了改進。在此基礎上，搭建了含空氣的蒸汽氣泡與過冷水直接接觸冷凝可視化實驗裝置。使用高速攝像機拍攝冷凝換熱過程中氣泡圖像，獲取了不同過冷度下大直徑含空氣的蒸汽氣泡冷凝過程的完整圖像。
　　基于Matlab軟件，編寫了本文所使用的圖像處理程序，并通過所編寫

3、的圖像處理程序對可視化實驗結果進行了處理分析。本文對氣泡圖像進行處理的目的包括視覺效果的提升和氣泡相關參數（特征量）的提取。視覺效果提升有利于更好地進行冷凝過程運動特性分析;特征量提取用于氣泡冷凝、運動過程的定量分析。本文中編寫的圖像處理程序主要包含圖像的預處理、圖像分割、二值化及數據提取三大部分，實現了氣泡體積、表面積、中心位置等特征參數的提取。利用所提取的氣泡特征參數，對氣泡運動和冷凝特性進行了分析總結。
　　在氣泡的冷凝運動

4、過程中，含有不凝氣體的蒸汽氣泡表面出現“褶皺”、“斷開”等現象?！榜薨櫋爆F象有利于增大氣泡與過冷水的接觸面積，提高換熱速率?！皵嚅_”現象中，氣泡由一個大的整體變成兩個或多個相互接觸的小獨立部分。冷凝末期出現大量的微小氣泡，這些微小氣泡表面光滑且大多保持球形等經典形態(tài)。微氣泡群運動過程中，氣泡間會出現碰撞、聚合等現象。冷凝過程中，氣泡速度初期“震蕩”、中期線性降低、末期大幅變化;氣泡形狀初期均向球狀發(fā)展，隨著冷凝過程的進行出現發(fā)散性偏離。