流動(dòng)沸騰中汽泡行為的理論與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、本文以流動(dòng)沸騰在能源動(dòng)力、航空航天以及核能等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用為背景，從流體力學(xué)和傳熱學(xué)的基本原理出發(fā)，通過搭建流動(dòng)沸騰實(shí)驗(yàn)臺(tái)，分析了關(guān)鍵因素對(duì)流動(dòng)沸騰中汽泡行為和兩相流型的影響，并通過建立汽泡脫離數(shù)理模型，來揭示汽泡在各種條件下的脫離特性。
　　通過對(duì)不同尺寸的通道內(nèi)，不同實(shí)驗(yàn)工況下的流動(dòng)沸騰進(jìn)行可視化實(shí)驗(yàn)研究，觀測(cè)汽泡的各種行為，包括汽泡的聚合、脹縮和滑移等，以及整個(gè)通道中流型的分布和變化，發(fā)現(xiàn)環(huán)形通道中過冷流動(dòng)沸騰的流型不同于常

2、規(guī)通道，實(shí)驗(yàn)中觀測(cè)到三種典型流型:泡狀流，彌散泡狀流和攪拌流，且三種流型所占據(jù)的區(qū)域長(zhǎng)度隨熱流密度和質(zhì)量流量的變化而變化。微小通道中的五種典型流型分別為:泡狀流，彈狀流，攪拌流，細(xì)環(huán)流和環(huán)狀流，且通道尺寸對(duì)汽泡行為和汽液兩相流型影響顯著。
　　通過對(duì)可視化實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，得到了汽泡直徑和汽泡附壁直徑隨汽泡生長(zhǎng)時(shí)間的變化曲線，結(jié)果顯示，汽泡由慣性力控制生長(zhǎng)的初期階段大約維持在0～0.3ms之間，在此階段內(nèi)，各工況下，汽泡生長(zhǎng)速率非常

3、接近，受實(shí)驗(yàn)工況的影響較小;約在0.3ms之后，汽泡進(jìn)入由熱擴(kuò)散控制生長(zhǎng)的后期階段，汽泡的生長(zhǎng)速率在此階段隨實(shí)驗(yàn)工況展示出明顯的不同，汽泡的生長(zhǎng)速率受加熱壁面熱流密度的影響較為顯著，隨熱流密度的增大而增大。
　　基于對(duì)汽泡脫離時(shí)汽泡附壁直徑與汽泡與脫離直徑的關(guān)系曲線的分析，總結(jié)了汽泡附壁直徑和汽泡脫離直徑的關(guān)系的關(guān)聯(lián)式，根據(jù)加熱壁面特性和實(shí)驗(yàn)工況選取適當(dāng)?shù)慕?jīng)驗(yàn)參數(shù)，該關(guān)聯(lián)式能夠較好的反映汽泡臨近脫離時(shí)，汽泡附壁直徑和汽泡脫離直徑之

4、間的關(guān)系。
　　實(shí)驗(yàn)觀測(cè)到同一工況、同一加熱壁面、同一沸騰區(qū)域（孤立汽泡區(qū)）內(nèi)的不同核化點(diǎn)上，汽泡脫離直徑存在差異的現(xiàn)象，對(duì)此現(xiàn)象進(jìn)行了分析，并通過對(duì)汽泡的受力分析，結(jié)果顯示汽泡的附壁直徑對(duì)汽泡脫離直徑影響顯著，汽泡附壁直徑越大，對(duì)應(yīng)的汽泡脫離直徑越大。
　　通過對(duì)不同實(shí)驗(yàn)工況下，汽泡脫離直徑變化規(guī)律的分析，發(fā)現(xiàn)在其他工況一定的情況下，汽泡脫離直徑隨熱流密度的增大而增大，隨流體質(zhì)量流量的增大而減小。通道尺寸的變化對(duì)汽泡脫離直