海洋条件下局部汽泡行为及沸腾换热特性研究
处于海洋条件下的核动力系统，其内部的沸腾换热设备将处于海洋条件所致的变化的加速度场的影响下，本研究的目的在于探索和解释海洋条件对于过冷流动沸腾汽泡行为和换热特性的影响方式、影响程度以及影响机理。 采用高速摄影技术和数字图像处理技术对处于海洋条件影响下的过冷流动沸腾通道内的汽泡行为进行了可视化研究，与此同时获得了过冷流动沸腾换热数据。所采用的实验段为竖直向上流动的矩形单面加热可视化通道，工质为去离子水。实验的系统压力范围为0.1～0.6MPa，质量流速范围为250～750kg/m2s，壁面热流密度范围为50～500kW/m2，入口过冷度范围为4～36℃。 结合以往研究和本实验所获得的汽泡图像将过冷流动沸腾通道内的汽泡分成了两类，定义了表述汽泡类型的参数，得出了预测汽泡类型的方法。分别总结了两类汽泡的基本特征参数，第一类汽泡的基本特征参数包括汽泡最大直径、汽泡最大直径时间、汽泡浮升直径、汽泡滑移运动速度、汽泡核化密度以及汽泡核化频率，第二类汽的基本特征参数包括汽泡平均直径、汽泡接触直径、汽泡滑移运动速度以及汽泡数量密度。分析了热工参数的变化对两类汽泡参数的影响，得到了一系列新的预测上述汽泡特征参数的模型和关系式。通过考察倾斜和摇摆运动条件下的汽泡数据可以发现，所提出的模型和关系式同样适用于倾斜和摇摆运动条件下汽泡特征参数的预测。 分别建立了基于汽泡行为分类特性研究的过冷流动沸腾换热模型，所构建的模型对于壁面热流密度的误差小于±35％。两类汽泡基本特性的差异决定了二者对过冷流动沸腾换热影响的不同机理，汽泡运动和浮升所导致的瞬态导热量对过冷流动沸腾换热贡献较大。与海洋条件下的过冷流动沸腾换热数据的对比结果表明，本研究所提出的换热模型适用于海洋条件。 海洋条件对于反应堆热工水力系统的作用是一种系统性、综合性的影响，对于过冷流动沸腾换热的影响主要是通过汽泡行为进行作用的。海洋条件对于汽泡行为的影响主要包括海洋条件所引入的加速度场的直接影响、热工边界条件的改变以及非稳态因素。对于本研究所针对的系统，海洋条件的影响主要体现在热工边界条件的改变上，加速度场变化的直接作用和非稳态因素的影响相对较弱。
海洋条件;核动力装置;过冷流动沸腾;汽泡行为;沸腾换热
哈尔滨工程大学
博士
核能科学与工程
谭思超
2015
中文
TL333;TL327
178
2016-05-05（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）