摇摆对自然循环流动传热特性影响研究

来源 :哈尔滨工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:cjz8290911
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窄矩形通道在紧凑式换热器中有广泛应用,但海洋条件引起的摇摆运动会使装置空间位置发生变化,在附加力的影响下系统内的流动和换热特性会发生改变。本论文以去离子水为工质,分别对竖直、倾斜和摇摆工况下窄矩形实验段内自然循环流动的阻力及传热特性进行了实验研究。摇摆和倾斜角度为10°~20°,摇摆周期为10s~20s,窄矩形实验段流道截面规格40mm?2mm。  实验发现对自然循环流动,随着热流密度的增加,窄矩形通道内自然循环流量和换热系数的变化主要经历单相流动区、过冷沸腾流动区和饱和沸腾流动区。在单相流动区系统流量随热流密度线性增加;在过冷沸腾流动区系统流量波动较小,基本稳定;在饱和沸腾流动区,系统流量先快速增加,当含汽率超过一定值后,系统流量随加热功率升高而降低。实验回路内最大流量与出口干度有关,相同条件下,系统压力越高,倾斜角度越大,最大流量对应的出口含气率越高,实验段入口温度对相应的出口含气率没有影响;倾斜角度对流量的影响与设备空间布置有关。  在静止工况下,倾斜角度对自然循环流动换热特性没有影响。对单相流动,在计算摩阻系数时,需要考虑加热壁面的影响,功率升降方式对摩阻系数影响很小;可使用瑞利数Ra对经典换热公式进行修正以预测自然循环流动换热系数。对两相流动,可使用Hsu型关联式对过冷沸腾起始点位置进行预测;气泡脱离壁面时主流过冷度很小,几乎达到饱和沸腾;饱和沸腾后实验段内主要是弥散环状流,均相流模型可以计算其压降梯度,Chen公式和Schrock-Grossman型公式可以预测饱和沸腾换热系数。  在摇摆工况下,流量与压降之间并没有发现存在明显的相位差。摇摆对层流摩阻系数影响有限,但会增大湍流区摩阻系数;在不同运动过程中转捩雷诺数Rec不同,增大振幅、频率,减小功率均会促进转捩。摇摆运动对换热的作用有很大差异,在系统流量较低时摇摆会抑制换热,而在系统流量较高时摇摆运动会增强换热,但是摇摆运动对饱和沸腾换热影响很小,仍可使用Chen公式和Schrock-Grossman型公式计算摇摆工况下饱和沸腾换热系数。
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