【摘 要】
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窄矩形通道内,汽泡受到通道尺寸的限制,不能自由发展,脱离核化点后将沿加热壁面滑移,汽泡在生长、脱离、滑移的过程中都会影响加热壁面与主流之间的热量传递。本文主要对矩形
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窄矩形通道内,汽泡受到通道尺寸的限制,不能自由发展,脱离核化点后将沿加热壁面滑移,汽泡在生长、脱离、滑移的过程中都会影响加热壁面与主流之间的热量传递。本文主要对矩形通道内汽泡的行为进行了观察与研究,在获得汽泡行为参数的基础上,定量分析了汽泡对通道换热能力的影响,发现滑移汽泡能显著增加通道的换热能力。实验中采用去离子水作为工质,实验段为单面加热的可视化矩形通道,横截面尺寸为40mm×2mm,工质在通道中竖直向上流动。采用高速摄影仪对汽泡的行为加以拍摄和记录,利用软件和自编程序对拍摄录像加以处理,得到汽泡直径、面积、等待时间、滑移速度等参数。考虑了矩形通道内的汽泡行为特点后,建立了包含汽泡传热作用的复合换热模型,主要包括:汽泡核化生长吸热、汽泡脱离瞬态导热、汽泡滑移微液层吸热、汽泡滑移瞬态导热、非汽泡影响区域的单相对流换热。结合实验所得数据,利用自建模型定量分析了单一的常压汽泡以及加压汽泡对换热的影响,在此基础上定量分析了汽泡群对矩形通道换热特性的影响。对于常压汽泡,汽泡的尺寸较大,滑移距离较短,受流动影响较大;汽泡脱离瞬态导热、汽泡滑移微液层吸热、汽泡滑移瞬态导热是常压汽泡影响换热的主要机理,汽泡滑移微液层吸热量、汽泡滑移瞬态导热量随汽泡脱离尺寸增加而增加。对于加压汽泡,汽泡的尺寸较小,无浮升行为,在滑移的过程中伴随直径与速度的增加,汽泡滑移瞬态导热是加压汽泡影响换热的主要机理,并随滑移距离增加。对于汽泡群,提高热流密度必然产生更多的汽泡,汽泡的增多必然更加剧烈地扰动近壁面液体,从而影响换热通道能力。随热流密度提高,汽泡总投影面积与汽泡滑移平均速度增加,受汽泡群影响的区域面积增加,这都导致汽泡群滑移引起的换热量大幅增加,占主流与加热壁面之间换热总量的比例增加。当热流密度较高时,汽泡群滑移换热是通道换热的主要机理。此外,相比于纯单相对流换热,汽泡群的滑移行为确实增强了主流与加热壁面之间的换热能力。
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