含内热源球床通道内单相强迫对流换热特性的实验研究

论文摘要

多孔介质中流动与传热现象具有广‘阔的工程应用背景,已成为当前工程热物理等学科领域最活跃的前沿研究方向。采用微球床的新概念水冷反应堆可预计的体积热功率远高于目前的水冷反应堆,而且具有很高的经济性和安全性。及时对含内热源球床通道内的强迫对流换热开展研究,对推动球床水冷堆的发展具有重要意义。本文用直径3mm或8mm的钢球组成球床通道,由非接触的中频电磁感应加热为球床提供内热源,以蒸馏水为工作介质,开展微球床内强迫对流换热特性的实验研究。首先,对直径为3mm的表面氧化不锈钢球组成的球床通道内的感应加热功率分布规律进行实验研究。结果表明：感应加热球床内部功率分布比较均匀,而且对称性良好；轴向功率为中部较高,两端较低,不均匀性在35%以内；径向功率由轴心向边壁逐渐降低,不均匀性在10%以内。其次,分别对4种材料的球床进行单相强迫对流换热实验研究,获取球床内平均对流换热系数。实验所得球床通道内对流换热系数很高,且对流换热系数随入口水温的增加和加热功率的增加而降低,随填充球直径增大而增大。拟合大量的实验数据,获得内热源多孔介质通道强迫对流换热的换热准则关联式,该公式对实验结果进行预测的误差在±11%以内。最后,对实验测量中所遇问题做了总结,并提出了解决或改进方案。如NI测量系统下,长、短微型铠装热电偶在同一温度下标定时的电压分层问题；感应加热的强电磁场环境下,中频电磁场对热电偶信号和流量信号干扰等问题。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题背景及研究意义
• 1.2 多孔介质概述
• 1.2.1 多孔介质定义
• 1.2.2 多孔介质基本参数
• 1.3 研究现状
• 1.3.1 多孔介质传热传质特性
• 1.3.2 含内热源多孔介质换热特性研究
• 1.4 研究内容
• 第2章 实验装置及实验方法
• 2.1 实验回路系统
• 2.1.1 实验回路主要设备
• 2.1.2 实验段
• 2.2 电磁感应加热系统
• 2.2.1 可控硅中频电源
• 2.2.2 电磁感应加热器
• 2.3 实验测量系统
• 2.3.1 测温装置
• 2.3.2 NI设备介绍
• 2.4 实验方法
• 2.4.1 孔隙率的计算
• 2.4.2 雷诺数的计算
• 2.4.3 功率分布的计算
• 2.4.4 换热功率的计算
• 2.4.5 换热系数的计算
• 2.5 实验步骤及注意事项
• 2.5.1 实验回路的安装与调试
• 2.5.2 功率分布实验步骤及注意事项
• 2.5.3 换热特性实验步骤及注意事项
• 2.6 本章小结
• 第3章 实验结果分析
• 3.1 功率分布
• 3.1.1 球床功率分布规律
• 3.2 换热特性
• 3.2.1 加载功率对换热吸收功率的影响
• 3.2.2 球床内部温度特性
• 3.2.3 入口距离对流换热系数的影响
• 3.2.4 入口温度对平均对流换热系数的影响
• 3.2.5 加热功率对平均对流换热系数的影响
• 3.2.6 球径对平均对流换热系数的影响
• 3.2.7 换热准则关联式
• 3.3 本章小结
• 第4章 实验所遇问题及解决方案
• 4.1 同一温度下标定长、短铠装热电偶电压分层
• 4.1.1 现象描述
• 4.1.2 排查及解决
• 4.2 信号漂移
• 4.3 中频电磁干扰
• 4.3.1 中频磁场对热电偶信号的干扰
• 4.3.2 中频磁场对流量计信号的干扰
• 4.4 中频电源故障
• 4.5 其他问题
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文及取得的科研成果
• 致谢