管内水过冷流动沸腾传热系数关联式研究

来源 :中国科学技术大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:chair_mao
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过冷流动沸腾传热在核能、热动力装置及电子设备冷却等领域有广泛的应用,其优异的传热能力在托卡马克高热负荷部件偏滤器冷却通道中也有很大的应用潜力。首先,本文利用14篇已发表文献中1915组过冷沸腾实验数据,评价了 16个过冷沸腾传热关联式,评价结果表明Baburajan等关联式的预测误差最小,其平均绝对误差(MAD)为28.6%,但结果并不能够满足过冷流动沸腾应用需求。其次,对影响过冷流动沸腾传热特性的因素进行研究,分析气体密度计算的沸腾数(Bo)对过冷流动沸腾传热特性的影响,并应用沸腾数及相关无量纲数拟合得到新的过冷流动沸腾传热关联式。关联式的平均绝对误差(MAD)为19.3%,70.4%的数据点预测误差在±20%以内,提高了对水过冷流动沸腾传热计算精度。利用高热流密度综合实验平台,对系统压力为1、1.5、2 MPa,进口水温度为20、40、60℃,流速为1、2、3、4、5m/s的实验工况下的上壁面单边加热水平矩形管内过冷流动沸腾进行了实验研究,实验获得371个过冷流动沸腾传热实验点,扩充了雷诺数范围在77000-420000的实验数据和上壁面加热水平管中的过冷沸腾实验数据。最后,利用文献中的实验数据和本文实验获得的过冷沸腾实验数据,分析努塞尔数(Nu)和格拉晓夫数(Gr)的关系,探讨了浮升力对管内水过冷流动沸腾传热性能的影响。结果表明,浮升力对传热特性的影响与管内水流动方向和管道受热方式有关。在竖直管中,浮升力增大了气泡对过冷流体的扰动,从而强化了传热;对于水平矩形管,当底部加热时浮升力有助于气泡脱离加热壁面,气泡加大了流体的扰动从而强化传热;当上壁面加热时,向上的浮升力阻碍了气泡向主流液体中的扩散使得传热恶化。将浮力相Gr引入过冷沸腾传热关联式,得到了在竖直管、下壁面加热水平管和上壁面加热水平管三种情况下修正后的传热计算模型,对于三种类别的实验数据,其MAD分别为13.6%、12.9%和12.1%,MAD<±20%的实验数据分别占87.8%、89.0%和90.3%,进一步提高了管内水过冷流动沸腾传热预测能力和适用性,为水过冷沸腾传热在水冷偏滤器冷却通道中的应用提供了有益参考。
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