环隙通道内自然循环净蒸汽产生起始点的研究

论文摘要

过冷沸腾是沸腾换热过程的一个重要组成部分，是沸腾换热研究领域中的一个重点和难点问题。在过冷沸腾过程中，存在热力学不平衡，即主流流体过冷度较高，而靠近壁面的流体已经过热并产生气泡。净蒸汽产生起始点是过冷沸腾中非常有意义的点，该点前后的换热系数、流动阻力、空泡份额等均出现了转折性的变化。本文研究了实验段加热功率、实验段入口冷却剂温度、流道环隙大小和压力变化对自然循环下净蒸汽产生起始点的影响。因为净蒸汽产生起始点前后的换热系数、流动阻力、空泡份额等出现了转折性的变化，净蒸汽产生起始点与流动不稳定关系密切，本文针对摇摆或不摇摆状况下流动稳定与流动不稳定间的转换现象进行了研究。本文还通过分析单个气泡受力来研究气泡脱离时的影响因素，并进一步分析了气泡在摇摆情形下的气泡脱离点的变化。本文提出了过冷沸腾状况中核态沸腾起点与净蒸汽产生起始点的确定方法，研究发现Saha&Zuber模型不能适用于低流速、小流量的自然循环，在过冷沸腾的初期出现了流量小幅下降后再上升的现象。研究发现在实验台不摇摆的状态下，本系统由稳定状态转变成不稳定状态的转换时间约需要15s，系统平均流量从100％下降到40％，压降出现周期性波动；在实验台摇摆的状态下，从稳定状态过渡到不稳定状态所需的时间要比不摇摆所需的时间长，约需要30s，同样平均流量也出现了大幅的下降——从0.42m~3／s降到了0.12m~3／s，下降了71.4％。本文还研究了过冷流动沸腾状况下单个气泡的受力，同时还讨论了摇摆情形下的气泡受力，摇摆主要通过两点来影响气泡的脱离，气泡附近流体的速度和加速度。

论文目录

• 摘要
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 过冷沸腾区的研究现状
• 1.2.1 净蒸汽产生起始点的定义
• 1.2.2 净蒸汽产生起始点模型
• 1.3 自然循环下的流动不稳定性研究现状
• 1.4 摇摆对自然循环影响研究现状
• 1.5 本文研究意义和内容
• 第2章 实验系统与实验方法
• 2.1 实验系统
• 2.1.1 稳压系统
• 2.1.2 电加热系统
• 2.1.3 冷却系统
• 2.1.4 水处理系统
• 2.1.5 高点排气
• 2.2 摇摆台
• 2.3 实验段
• 2.4 测量系统
• 2.4.1 数据采集系统
• 2.4.2 流量测量
• 2.4.3 压力和压差的测量
• 2.4.4 温度测量和测点分布
• 2.4.5 加热功率的测量
• 2.4.6 ONB和IPNVG的位置观察测量和拍照
• 2.5 实验方案和实验步骤
• 2.5.1 实验方案
• 2.5.2 实验步骤
• 2.5.3 实验参数范围
• 2.6 本章小结
• 第3章 自然循环过冷沸腾的可视化实验研究
• 3.1 自然循环下过冷沸腾区的流动和气泡行为
• 3.1.1 自然循环下的流动沸腾可视化实验
• 3.1.2 自然循环下过冷沸腾区的气泡行为
• 3.2 自然循环下ONB的研究
• 3.2.1 ONB的判定方法
• 3.2.2 自然循环下ONB处的实验现象及其分析
• 3.3 自然循环下净蒸汽产生起始点的研究
• 3.3.1 自然循环下净蒸汽产生起始点的确定
• 3.3.2 净蒸汽产生起始点处流体过冷度的计算
• 3.3.3 自然循环下的过冷沸腾区的流动传热特性
• 3.3.4 加热段功率和入口过冷度对IPNVG的影响
• 3.3.5 压力变化对IPNVG的影响
• 3.3.6 环隙大小对IPNVG的影响
• 3.3.7 IPNVG处流体过冷度的实验值与计算值比较
• 3.4 自然循环流动稳定与不稳定间转化现象分析
• 3.4.1 不摇摆工况下流动稳定与不稳定间转换现象分析
• 3.4.2 摇摆工况下流动稳定与不稳定间转换现象分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 过冷流动沸腾中气泡的受力分析
• 4.1 过冷流动沸腾中单个气泡的受力分析
• 4.1.1 浮力
• 4.1.2 表面张力
• 4.1.3 压降梯度力
• 4.1.4 粘性曳力
• 4.1.5 剪切提升力
• 4.1.6 热毛细作用力
• 4.1.7 分子动量作用力
• 4.1.8 气泡动态变化作用力
• 4.2 流动沸腾中气泡的受力分析
• 4.3 摇摆对气泡脱离的影响
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢