窄縫通道過冷沸騰流動(dòng)換熱與壁面核化特性實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、窄縫通道內(nèi)過冷流動(dòng)沸騰的現(xiàn)象普遍存在于工程中的許多領(lǐng)域，比如核反應(yīng)堆的板狀燃料組件，高性能板式換熱器、微機(jī)電系統(tǒng)的冷卻系統(tǒng)等。窄縫通道內(nèi)的流動(dòng)過冷沸騰和常規(guī)流道內(nèi)的現(xiàn)象有所不同，受限空間的影響使得窄縫通道內(nèi)流動(dòng)換熱特性更為復(fù)雜，針對(duì)窄縫通道內(nèi)的流動(dòng)換熱以及壁面核化特性的研究具有重要的學(xué)術(shù)意義和工程應(yīng)用價(jià)值。
　　本文以去離子水為工質(zhì)，開展了常壓下窄縫通道內(nèi)流動(dòng)過冷沸騰現(xiàn)象的可視化實(shí)驗(yàn)研究。研究工況范圍：窄縫寬度1～4mm，質(zhì)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(jìn)行了不同參數(shù)對(duì)窄縫通道流動(dòng)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(nèi)過冷沸騰流動(dòng)換熱特性與壁面核化特性密切相關(guān)，窄縫通道內(nèi)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(zhì)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(shí)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(zhǎng)，壁面滑移，浮升湮滅三個(gè)階段，在演化周期中氣泡可能會(huì)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(guān)。
　　對(duì)不同區(qū)域汽化核心點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)驗(yàn)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(huì)在熱流密度增大后保持活性，而少量已有的汽化核心會(huì)因?yàn)榱鲃?dòng)換熱情況的改變而失去活性，壁面過熱度和窄縫寬度對(duì)汽化核心密度的影響明顯。實(shí)驗(yàn)發(fā)

4、現(xiàn)汽化核心點(diǎn)產(chǎn)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(zhì)量流速、主流過冷度無關(guān)。宏觀瞬時(shí)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(shí)間有關(guān)。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(guān)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(zhì)量流速的增大而減小，隨窄縫寬度的增大而增大。參照文獻(xiàn)已有公式并依據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理了汽化核