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环状狭缝通道流动沸腾传热的理论及实验研究

苏顺玉  
【摘要】:狭缝通道内的流动沸腾传热是汽液两相流研究的一个重要方面。狭缝两相流传热装置结构紧凑,具有显著的强化效果,是一种既经济又有效的强化传热方法。实验发现,狭缝通道中的沸腾传热明显高于一般圆管,这说明采用狭缝沸腾传热有其独特的优势。因此,为缩小蒸汽发生器等换热设备的外形尺寸,对狭缝通道流动沸腾传热特性的研究有着十分重要的现实意义。弄清其传热机理,对满足核动力装置经济性和安全可靠性不断提高的要求起着至关重要的作用。 本文首先完成了环状狭缝通道中流动沸腾传热的常温常压预备实验和高温高压实验。常温常压预备实验除可获得常温常压下的实验数据外,还能为高温高压实验元件的加工、密封和实验工况的选择积累经验,常温常压预备实验为高温高压实验的顺利完成打下了良好的基础。实验的技术关键在于内外管壁温的测量。本实验研究解决了内套管直径很小时,内套管内壁温度难以测量的关键问题。高温高压实验范围为:系统压力P=2~3.5MPa; 质量流速G=45~180kg/m2s; 进口水温t=50~180℃; 热流密度q=40~210kW/ m~2; 狭缝间隙s=1~2mm。 作者在参考国内外有关文献的基础上,假定狭缝通道中流动沸腾传热时总热流密度来自对流和汽泡潜热两种成份的叠加,分析了狭缝通道中流动沸腾传热的机理,揭示了沸腾换热系数与通道尺寸之间的关系,从而从理论上证明了狭缝通道能强化传热,并以间隙为1mm 和1.5mm 的环状狭缝通道中流动沸腾传热的实验数据进行了验证,证明减小狭缝通道尺寸能强化传热。本研究成果对于丰富和发展狭缝通道沸腾传热的理论作出了一定的贡献。 作者以高温高压环状狭缝通道流动沸腾传热的实验数据为基础,分析了各流动参数对流动阻力的影响,给出了计算摩擦压降的经验关系式,同时,通过对影响摩擦压降的诸因素进行分析认为,狭缝通道中流动沸腾的摩擦压降可以用Lockhart-Martinelli 公式计算,但对Chisholm 常数C 要进行修正,通过对实验数据的整理得到了修正后的Chisholm 关系式。


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