论文部分内容阅读
沸腾换热具有传热温差低、换热系数高的优点,因而被广泛的应用在各类换热设备的设计过程中。随着壁面过热度的增加,沸腾依次经过核态沸腾、过渡沸腾和膜态沸腾几个阶段,过渡沸腾极不稳定,容易发生壁面温度急剧升高和热流密度迅速下降的情况,有时甚至会导致加热面烧毁,所以沸腾换热设备的换热能力受到了限制。气泡细微化沸腾(MEB)指在沸腾到达CHF点以后,随着壁面温度的升高,换热系数不降反升的一类特殊的沸腾现象。因此可以在壁温较低的条件下获得比CHF点更高的热流密度,从而解决提高换热器换热极限的难题。为了研究MEB现象及其形成机理,本文搭建了一个MEB可视化实验台,成功观察到了稳定的MEB现象,并采集了相应的壁温和沸腾音数据。为研究蒸汽冷凝时的气泡行为,本文还搭建了一个蒸汽注射实验装置。主要研究结果如下:1.MEB实验结果表明,在高于25K过冷度条件下,MEB现象可以稳定发生,随着过冷度的升高,可以获得的热流密度也会升高。汽液置换是MEB的主要换热机理,本文在Rohsenow的沸腾换热关联式的基础上,给出了MEB传热计算关联式。2.根据可视化研究结果,描述了从核态沸腾阶段到MEB阶段的气泡行为,以及其与壁温和过冷度的关系,还探讨了不凝结性气体和加热面布置方式对MEB影响。3.沸腾音分析结果表明,沸腾音的幅度谱会随着沸腾模式的变化而体现出不同的特性。当MEB现象发生时,幅度谱300Hz附近会形成一个MEB特征谱峰。随着热流密度增加,气泡行为变得更加剧烈,特征谱峰的幅值也相应升高;沸腾音混沌分析证明,MEB系统具有混沌特征,其复杂程度、无序性均高于核态沸腾。4.通过蒸汽注射实验,得到了蒸汽冷凝过程中的气液界面的变化,以及注射速度和超声波强度对其影响。实验结果表面,注射速度适中(0.34m/s左右)、超声波强度足够强时,气泡变得易于破碎。