细小狭窄通道内流动沸腾传热实验研究

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核反应堆板状燃料组件内的流道形状通常是一种狭窄的矩形通道,通道狭缝宽度一般为2~3mm。受到空间的限制,通道内的流动沸腾换热呈现出一维受限空间的沸腾流动换热特性。论文对细小狭缝内过冷沸腾流动换热现象展开了实验研究,课题的研究具有重要的工程意义和科学价值。  论文研究在已有的环形通道沸腾换热实验系统平台基础上,设计、加工了典型狭缝通道的实验件本体,以去离子水为工质,开展了常压下细小狭缝通道内的沸腾流动传热可视化实验研究:实验系统研究了热流密度、液体过冷度、进口质量流率等因素对狭缝通道内流动沸腾换热影响规律;通过对实验高速摄像的图形分析,开展了通道内气泡动力学特性的实验研究。  研究结果表明,在所研究的实验参数范围内,过冷沸腾换热系数随入口质量流率的增大而增大,随着入口过冷度的升高而降低;论文研究在大量实验数据的基础上,考虑了质量流速和狭缝尺寸对换热的影响,修正了大空间的Rohsenow关系式,得到了2mm狭缝通道的换热特性关系,修正后的关系式预测值与实验值吻合良好。通过对实验高速摄像的图像分析,开展了狭缝通道内的气泡动力学特性研究,给出了壁面过热度、质量流速和流体过冷度对气泡脱离直径、气泡脱离频率和汽化核心密度的影响规律,以Nilanjana Basu提出的核化沸腾气泡动力学模型为基础,修正了模型中气泡脱离直径、气泡脱离频率以及汽化核心密度的关系式,得到更准确描述2mm狭缝通道的壁面过冷沸腾核化沸腾模型关系式。  论文研究成果可以推广到对板状燃料组件的热工水力特性的设计和工程分析中,所得到的过冷沸腾气泡动力学修正模型,可与两相流模型耦合,实现了对狭缝通道内流动沸腾传热特性的准确模拟。这种应用可视化实验结果进行动力学模型修正的方法不仅可以扩展到对其他设备或结构的模型研究中,同时所得到的气泡动力学模型为实现板状元件的CHF研究打下了坚实的基础。
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