微细加热丝过冷核态沸腾汽泡行为的再观测

微尺度加热表面过冷核态沸腾传热实验的可视化观测、局部细节过程的记录是其机理研究的重要方法。本文利用高速摄像仪分别对30μm、50μm和60μm铂丝在过冷下汽泡生长及运动情况进行了系统观测。观测到与以往微尺度和常规尺度下加热丝表面汽泡行为不同的"新"特征:微细加热丝上的过热薄液层现象,汽泡在合适热流下的悬浮运动以及汽泡间出现环绕运动等一些实验现象。     

通孔金属泡沫表面的池沸腾实验研究

本文对烧结有厚度为30 mm的高孔隙率通孔铜泡沫的水平表面的池沸腾进行实验研究.并采用高速摄像仪对泡沫表面的汽泡生长形貌进行了可视化研究,研究了壁面过热度对热流密度、汽泡脱离直径、汽泡生长周期的影响关系.结果表明由于本文所研究的通孔泡沫厚度较大,限制了汽泡的脱离,使传热性能低于光表面,但是使沸腾起始点降低至3℃.     

液体过冷度对沸腾换热中汽泡合并及传热的影响

本文对三种过冷度下,微尺度加热片阵列上的沸腾换热现象做了实验研究,实验采用两组核化点,每个核化点包含12个大小约为0.1 mm×0.1 mm的微型加热片。利用高速摄像技术从汽泡的底部对汽泡生长及合并现象进行观测,并用高速数据采集系统同步记录不同加热片热流密度.实验探究了不同过冷度下的汽泡合并现象,以及对应的汽泡直径变化规律、汽泡脱离频率和热流密度曲线。文章分析了不同的合并现象并探究了过冷度对沸腾传热的影响。     

狭窄加热表面上核态沸腾中汽泡合并特性的实验研究

狭窄表面的沸腾可以减少沸腾汽泡在观测方向上的干扰,有利于更清晰地研究汽泡生长和合并特性。为探究沸腾过程中汽泡的合并,本文基于常规机械加工的狭窄加热表面,通过高速摄像机完整记录了加热表面上汽泡的生长,合并和脱离过程,并分析了汽化核心间距,汽泡脱离直径对汽泡合并的影响。通过对近壁面处沸腾动态图像的观察,观测到了汽泡合并的不同特性。当沸腾过程中热流密度较低时,近壁面处只发生汽泡水平和倾斜合并,并常常同时存在。而竖直方向上的汽泡合并仅发生在热流密度相对较高时,且常伴随着水平和倾斜方向的合并。相邻汽泡间的合并现象常通过汽泡中心距与合并汽泡脱离直径间的关系来衡量。本实验结果表明,相邻汽化核心上的汽泡发生合并时,汽泡中心距与汽泡脱离直径满足S/D1.5。同时,相较于粗糙表面,光滑表面的S/D变化范围较小,且平均值有减小趋势。这一结果有助于进一步研究表面结构对汽泡合并的影响。     

电场作用下单个沸腾汽泡动态特性研究

电场可强化池态沸腾换热已经普遍得到研究者的认可,在电场强化换热的实验研究中,以往研究者主要采取统计学的方法研究电场作用下沸腾汽泡的动态特性,也有研究者研究了冷态注入气泡在电场作用下的动态特性,而直接针对单个沸腾汽泡的研究鲜有报道。本文采用针状电极以R113为实验工质,研究了小加热面上不同热流密度和不同电场强度的情况下单个沸腾汽泡的动态特性,实验中发现在电场的作用下汽泡脱离半径和脱离体积变小,而汽泡成长时间和汽泡等待时间随着电场强度的增加而增大。     

开孔金属泡沫池内沸腾换热特性研究

常压下用去离子水作为工质,在沸腾池底部单独或两两叠加地放置3种PPI的泡沫金属进行池内沸腾实验研究;分析了不同过热度下的热流密度和不同热流密度下池沸腾的传热系数;对沸腾汽泡在单层或双层泡沫金属表面产生、融合和脱离进行了可视化的研究。实验发现:不同PPI泡沫金属的叠加方式,会影响沸腾传热面积和产生汽泡的核心数,以及汽泡脱离受热壁面的动态特性。本实验为多孔介质池沸腾传热特性研究提供了实验指导和基础数据。     

微重力池沸腾现象中的汽泡行为特性

本文对准稳态加热条件下的微重力核态池沸腾中的汽泡行为特征进行了实验研究,分析了初始核化过程、汽泡数密度、汽泡尺寸及其运动速度等的变化趋势,探讨了过冷度及加热历史等因素对相关特性的影响.实验发现:微重力条件下汽泡生成后沿加热面不停地移动;原生汽泡会聚合形成大汽泡,大汽泡不断捕掠小汽泡而长大,直到大汽泡覆盖整个加热面;汽泡生长速度随过冷度增加而变慢.     

窄流道内压力对汽泡动力学特性的影响

本文采用流道间隙为2 mm和2.5 mm的实验段,以水为工质,对流动过冷沸腾时不同压力下汽泡动力学特性进行了研究.发现在较高压力下,壁面要达到更高的过热度才会出现汽泡,汽泡生长时间更长,汽泡直径较小,生长速度较低;较高压力下生长的汽泡成串排列在加热壁面上,其沿壁面滑移距离随着过冷度和热流密度的增加而增大.较高压力下小汽泡容易发生滑移现象的原因在于高压力使气泡的直径减小,导致气泡的受力发生改变,而使气泡的行为发生改变.     

垂直窄缝流道内过冷沸腾时的汽泡行为

通过高速摄像可视化研究发现,在p=1.3～2MPa时,F-12质初始汽泡在壁面以小于0.1m/s的低速滑动中生长。热流密度和断面平均过冷度等参数对初始汽泡影响较大,热流密度越高,沸腾越早发生;小汽泡(d=0.01～0.07mm)运动速度在0.1～0.2 m/s左右,而较大(d=0.1～0.3 mm)汽泡的运动速度在0.25～0.7m/s左右。较大汽泡聚合小汽泡的过程是汽泡从小汽泡生长为大汽泡乃至于汽层的主要形式。     

针肋表面分布式射流沸腾汽泡动力学特性

本文建立了两相泵流体回路,设计了可视化分布式射流沸腾实验测试段,研究了针肋表面上不同热流密度下的汽泡动力学特性。结果表明:汽泡率先在回流孔正下方区域产生,随着热流密度的提高向射流孔下方扩展,在核态沸腾中后期,会出现沸腾不稳定,并且伴随进出口压力的大幅波动,但当进一步提高热流密度后,沸腾重新回归到稳定状态。     

Effect of Bubble Contact Diameter on Bubble Departure Size in Flow Boiling

The growth and departure of bubbles on a vertical heated wall of an annular channel in flow boiling were observed by a high-speed camera, and the bubble contact diameter and bubble departure diameter were measured. It was found that bubble departure diameters were different among different nucleation sites in the same boiling area (same test condition, same surface roughness). Force balance on a single bubble attached to the heated surface was also analyzed to explain this phenomenon. The theoretical research results show that bubble contact diameter has a significant influence on bubble departure diameter, and the corresponding departure diameter is larger as the bubble contact diameter is larger. This agrees with the visual experimental results.     

Experimental study of bubble departure characteristics in forced convective subcooled nucleate boiling

Visualization experiments in upward forced convective nucleate boiling flows were carried out. The bubble growth and collapse have been measured using high-speed photography technique with distilled water under atmospheric pressure. The experiments show that the bubbles depart from nucleating sites shortly after nucleation and slide along the heater surface. The bubbles grow while sliding, attain a maximum size, then lift from the surface sometime during condensation, and quickly vanish in the bulk liquid. Parametric studies show that bubble diameter and departure frequency increases with an increase in heat flux, a decrease in subcooling, and a decrease in mass flux.     

窄通道过冷沸腾汽化核心密度及汽泡脱离频率的影响因素

本文以水为工质,研究了工况参数对竖直矩形窄缝流道内上升过冷流动沸腾的汽化核心密度和汽泡脱离频率的影响。研究发现,流道间隙越小则汽化核心密度越大,汽化核心密度和最小成核半径存在定量关系;热流密度增大、过冷度降低或压力升高都使汽泡脱离频率增大,热流密度增大时,压力对汽泡脱离频率的影响增大。     

过冷沸腾气泡行为的实验研究

本文采用拍摄速度为10000帧/秒的高速摄影仪对不锈钢箔表面的过冷沸腾现象进行了可视化实验研究。实验结果与用微液层模型理论预测的结果一致。高过冷度区域的沸腾换热机理主要是由气泡生长、消失过程中温度边界层的强制排除(所谓强制对流)引起的。气泡周期主要由等待时间构成,这在过冷度高的情况下尤为显著。对等热流密度换热面,微液层模型预测的气泡周期与实验值比较吻合。     

竖直矩形通道内液体流动

通过对沸腾气泡在液体中的受力分析,建立了沸腾气泡长大过程的动力学方程;进而获得了沸腾气泡的生长速率与脱离直径的计算方法.采用图象捕集与处理系统,对竖直矩形通道内液体流动沸腾气泡长大与脱离行为进行实验测定,结合模型求解,获得了气泡生长速率、气泡脱离直径、气泡与加热壁面的接触角等参数随操作条件的变化;由模型计算所得的气泡脱离直径与实测值较为符合.     

微重力核态沸腾近壁面汽泡生长模型

建立二维近壁面汽泡生长模型,研究过冷度,壁面过热度,壁面物性,接触角,核化点尺寸等因素对汽泡生长的影响.本文建立的汽泡生长模型在低壁面过热度条件下趋近于微液层蒸发控制的汽泡生长模型,在高壁面过热度条件下趋近于无限过热液体中传热控制球形汽泡生长模型.     

Experimental Investigation of Subcooled Vertical Upward Flow Boiling in a Narrow Rectangular Channel

Accurate models for the onset of nucleate boiling, density of active nucleation sites (N_a), bubble departure size (D_d), and departure frequency (f_d) are essential to the success of computational fluid dynamics analysis of two-phase thermal-hydraulics involving subcooled flow boiling in nuclear reactor systems. This work presents an experimental study of subcooled flow boiling in a vertical upward narrow rectangular channel that mimics the flow passage in the plate fuel assembly of boiling water reactors. The experiments are conducted over a range of mass flux (G = 122–657 kg/m²s), inlet subcooling (ΔT_sub = 4.7–33.3?C), and heat flux (q″ = 1.7–28.9 W/cm²). Based on the experimental data, empirical correlations are developed for the prediction of onset of nucleate boiling, N_a, D_d, and f_d for given flow conditions. These correlations are valid in the nucleate boiling regime when the wall superheat is less than 12°C and can be incorporated in the computational fluid dynamics codes to enable more precise simulation of subcooled flow boiling heat transfer and two-phase flow in nuclear energy applications.     

纳米尺度下气泡核化生长的分子动力学研究

采用分子动力学方法模拟纳米尺度下液体在固体壁面上发生核化沸腾的过程,主要研究壁面浸润性对气泡初始核化过程和气泡生长速率的影响以及固-液界面效应在液体核化沸腾的能量传递过程中所起到的作用.研究结果发现：壁面浸润性越强,气泡在固壁处越容易核化.该结果与经典核化理论中“疏水壁面易于产生气泡”的现象产生了明显的区别.其根本原因是在纳米尺度下,固-液界面热阻效应不能被忽略.一方面,在相同的壁温下,通过增强固-液相互作用,可以显著降低界面热阻,使得热量传递效率提高,导致靠近壁面处的流体温度升高,气泡核化等待时间缩短,有利于液体沸腾核化.另一方面,气泡的生长速率随着壁面浸润性的增强而明显升高.当气泡体积生长到一定程度时,会在壁面处形成气膜,从而导致壁面传热性能恶化.因此,通过壁面的热流密度呈现出先增大后减小的规律.     

环形小通道内过冷沸腾的气泡行为研究

本文对去离子水在竖直环形小通道内流动过冷沸腾时的气泡行为进行了可视化研究,观察到了气泡在流动沸腾过程中的生长,合并,脱离,滑移及气泡脱离壁面后的运动等现象,并结合气泡动力学理论模型及气泡滑移模型,对实验结果进行了对比分析,总结了本实验通道中气泡行为的特性。