过载环境下池沸腾传热特性实验研究

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目前池沸腾传热特性的研究主要集中在常重力和微重力环境,鲜有过载下的研究。现有的池沸腾传热关联式中有些公式虽涉及了重力效应对换热的影响,然而,它们所基于的数据主要来自常重力实验,重力并不作为变量独立出现,因此对重力效应的模化是否合理无法直接检验。过载实验提供了一个将重力因素孤立出来的机会,便于对重力效应进行深入研究。同时,过载环境可以大大强化气泡的浮升力,有助于揭示池沸腾传热的基本机理。  搭建了过载下池沸腾实验系统,并对实验系统的可靠性进行了验证。实验采用控制热流密度的加热方式,工质为工业用蒸馏水,长度为26mm的细铂丝既充当热电阻丝,同时又作为温度传感器。采用控制单一变量的原则,开展了不同重力水平、不同压力和不同加热丝直径下的池沸腾实验,实验参数范围如下:重力加速度范围为1.0–3.5g,系统压力为1–5bar,铂丝直径为30μm和50μm。而所见到的过载下池沸腾实验过载范围最大不超过1.8g。  获得了池沸腾传热系数和临界热流密度实验数据,分析了过载、压力、铂丝直径和热流密度等因素对池沸腾传热特性的影响。结果表明,与常重力相比,过载下传热系数和临界热流密度稍有增大,传热系数随过载的增大而增大,换热效果在一定程度上得到强化。过载环境下,铂丝直径越小,沸腾换热效果越好,临界热流密度值越大;随着压力的升高,传热系数和临界热流密度随之增大。且随着压力的增大,铂丝直径对传热系数和临界热流密度的影响逐渐被削弱,两种不同直径的铂丝传热特性之间的差别越来越小。  将常用的池沸腾传热系数和临界热流密度计算模型分别与本文获得的过载下实验数据进行对比,探究了常重力下计算模型在过载下的适用性,鉴别出了对过载数据预测性能较好的公式。结果表明,过载下表现最好的传热系数公式为Rohsenow公式,其平均绝对误差(MAD)为19.0%;Yagov公式对过载下临界热流密度的预测效果最好,其MAD为17.2%。然而,过载下预测精度较高的公式对常重力下数据的预测效果并不理想,说明过载下池沸腾传热机理与常重力下的情况有所不同,需要作进一步研究。
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