周期力场下窄通道内汽泡滑移实验研究(论文)
竖直矩形窄流道内汽泡生长的实验研究
竖 直 矩 形 窄 流道 内汽 泡 生长 的 实验 ห้องสมุดไป่ตู้ 究
陈德奇 ,潘 良明 ,袁德 文 ,邓杰文 ,王小军 2
(. 1 重庆大学动力工程学院,重庆 ,404 004;2中国核动力研究设计院,成都,60 4 ) . 10 1
摘 要 :在 1 个大气压下对 问隙为 2 t n的竖 直矩形窄 流道 内向上过冷流 动沸腾的壁面汽泡生长进行了可 r u
16n 间为窄 流道 ; n l a[则认 为 D 在 60  ̄ m q Kadi r1 k 2 h 0 m一3 间 为窄 流道 ;on3 为对 窄流道 的定 mm Jh [认 ]
义为汽泡生长受到流道的限制 ,就达到了窄流道 的尺度 。 汽 泡在 窄流 道 内由于受 到壁 面 的限制 ,其 行
9. 5
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T O. s = 4m T 8ms =0.
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维普资讯
第2 9卷 第 5期
2 O O 8
核 动 力 工 程
Nu la we g ne rn ce rPo rEn i e ig
V 1 9 O .2 .No 5 . 0c .2 8 t 0 0
年 I O月
文 章 编 号 :0 5 -9 62 0 )50 5 .5 2 80 2 (0 80 -0 20
与传统大流道 的情况有较 大区别 ; 与 数的关 系不像传统大流道那样 明显 ;n值在 039 0 1 间变化 。 .3 ~ . 4之 9 关键词 :窄 流道 ;汽泡生长 ;指数模型 ;流动沸腾
窄流道内过冷流动沸腾汽泡生长的数值研究
中图分 类 号:T 2 K1 4
N U M ER I A L M U LAT I N F C SI o o SU B C o o LED o I N G B LI B U B BLE S I ERT I A L A R R oW H A N N EL N V C N C
H h a AN La gMig Z a i ON T a ・ u XI n ・ o E C u n P in ・ n h oQ n L G inY N MigDa ・ ・ ・
1 前 言
窄缝 使 流 动沸 腾换 热 系 数 与大 流道 相 比有 较 大
提高。 强化与 汽泡 的成核 、 而 生长 及发 展紧密 相 关。 汽
间 隙 b的 比值大 于 2 5,侧壁 XZ面为 加热 面,热流 O 密度 为 qk Wm_ , 。质量 流 速为 G k ・ 2 的工质 gm- , s 水 从 下 向上 流 动。 设流 道 内流 场 处 于 高过 冷 沸腾 状 况,考 虑单 个气 泡 的生长 情 况。为简化 计算 ,假 定壁
面 上汽 泡 的生长 进 行 了数 值模 拟验 证,模 拟 结果 与试 验 结果 吻 合较 好,误 差 在 4 . 以 内。 该模 拟方 法 可 以较 准 确地 对 -6 8% 有 相变 的界 面 移动 问题 进行 数值 模 拟。 关键 词 界面 移 动;汽 泡 生长; 界面 质 点标 记法; 局部 网格 加 密法 ;数 值模 拟 文 献标识 码 :A 文章 编 号:0 5-3X(020-640 232 1 2 0 )50 1-3 -
er ro l t i 士86 ro ny wih n .%.
K e w or i e f c o e e t bub e d v l pm e t i e f c a k d e ho y ds nt ra em v m n ; bl e eo n ; nt ra e m r e m t d;l c lg i nc e e o a rd i r a d s me h t od;n um e i a i ulto rc lsm a i n
摇摆运动时窄矩形通道内两相流动阻力特性实验研究
Ex p e r i me n t a l s t u d y o n r e s i s t a n c e c h a r a c t e r i s t i c s o f t wo - p h a s e lo f w i n s i d e n a r r o w r e c t a n g u l a r c h a n n e l i n r o l l i n g mo t i o n
lo f w r e s i s t a n c e i n r e c t a n g u l a r c ha n n e l s .Fl o w r e s i s t a n c e c h a r a c t e is r t i c s o f a i r - wa t e r lo f w i n v e r t i c a l n a r r o w r e c t a n g u — l a r c ha n n e l we r e i n v e s t i g a t e d u nd e r r o l l i n g mo t i o n a n d a t mo s p h e ic r c o n d i t i o n s,a i mi ng t o c l a if r y t h e e f f e c t o f r o l l i n g
关键词 : 摇摆运动 ; 窄矩 形通 道 ; 两相流 ; 摩 阻系数 ; 阻力特性
d o i : 1 0 . 3 9 6 9 / j . i s s n . 1 0 0 6  ̄0 4 3 . 2 0 1 2 0 3 0 5 6
网络出版 地址 : h t t p : / / w w w. c n k i . n e t / k c m s / d e t a i l / 2 3 . 1 3 9 0 . U . 2 0 1 3 0 1 1 6 . 2 2 0 5 . 0 2 1 . h t ml 中图分类号 : T L 3 3 4 文献标 志码 : A 文章编号 : 1 0 0 6 - 7 0 4 3 ( 2 0 1 3 ) 2 - 0 2 6 5 - 0 4
矩形窄缝通道内泰勒气泡的运动特性
国
外
核
动
力
第 5期
矩形窄缝通道 内泰勒气 泡的运动特性
S. u a S. o h G s E . s Bh s n , Gh s 2 Da 2 K Da
, ,
( .印度伊 利诺伊 理工学 院机械 工程 系 ;2 1 .印度 伊利诺 伊理 工学 院化学工 程系 )
出的预测关系式均不能准确预测。 关键词 :泰勒气泡 ;运动速度 ;两相流 ;矩形 窄缝通道 ;倾斜 ;方位
1 简
介
近年 来 ,系统小 型化 的趋势为微 小型 反应堆 技术 的应用 提供 了大量 的机会 。与传 统
设计相 比,小型反应堆结构紧凑、易控制 ,堆芯所需总流量小且反应时间短,具有一系 列的优势 。而且 ,新一代反应堆不存在或很少存在尺度放大的需求。在这样 的背景下 , 近十年开展了一系列关于圆形和非圆截面的小通道 以及微通道内气. 液两相流的研究 , 几
由于 弹 状流 型 由泰勒 气泡 的水力 学性 质所 决 定 ,因此许 多 研究 工 作从 实 验
( u i s [ ai 和 Ty r ,uok4Bnd s [ D s 6 和理论( u i s D mt c 2 v s al [ zks 【 eei e a 等I) r u】 e e ' D o引 i, j k n, ] D mt c r u e 【D v s Ty r , ai ,rhrn , a w 2 ai 和 al [ W ls Be eo[ Cr ) 】 e ’ o引 l[ t t 引 e 两方面对泰勒气泡通过静止和流
气泡 上升速度 的关 系式 :
=
03 .
( ) I
式中, e D 为非圆截面通道的等效直径。 进一步研究表明,方程 ( ) 1 对于 大于 7 均适用。Mi i a J 0 s m 等lj 2 0 m、 h 6 对长 0 0 m
竖直窄矩形通道内空气一水两相流中气弹运动速度研究
( Fu n d a me n t a l S c i e n c e o n Nu c l e a r S a f e t y a n d S i mu l a t i o n T e c h n o l o g y L a b o r a t o r y,
H ar b i n Engi n e e r i n g Uni v e r s i t y , H ar b i n 1 5 00 01,Chi n a)
i n Ve r t i c a l Na r r o w Re c t a ng u l a r Cha nn e l
W A N G Ya n g,Y A N Cha n g — qi ,SU N Li — c he n g,XI N G Di a n — c h ua n, Y A N Cha o — xi n g
v e l o c i t i e s o f a i r a n d wa t e r c o v e r 0 . 1 — 2 . 5 1 m/ s a n d 0 . 1 6 - 2 . 6 2 m/ s ,r e s p e c t i v e l y .Th e
王 洋, 阎昌 琪 , 孙立成, 幸奠川, 闫 超星
( 哈 尔 滨工 程 大 学 核安 全 与仿 真 技 术 国防 重 点 学科 实 验 室 , 黑 龙 江 哈尔 滨 1 5 0 0 0 1 )
摘要 : 以 空气 和 水 为 工 质 , 应用 高速摄像仪 , 对竖直 窄矩形通道 ( 3 . 2 5 mmX 4 0 mr n ) 内气 液 两 相 弹 状 流
Abs t r a c t : Vi s u a l i z e d i nv e s t i g a t i o n of t he a i r — wa t e r t wo — ph a s e s l u g f l ow i n ve r t i c a l n a r r o w r e c t a ngu l a r c ha nne l( 3 . 25 mm×4 0 mm )wa s c a r r i e d o ut wi t h t he he l p o f a h i gh s p e e d vi d e o c a me r a . Th e wo r k p r e s s u r e i s a t mos p he r i c p r e s s u r e a nd t h e s up e r f i c i a l
竖直狭缝通道内水沸腾换热的气泡动力学研究
i h r c s fb i n e tta se. Th e a t r imee fb b ls ice s ssg i c n l n t ep o e so ol g h a r n f r i ed p ru eda tro u b e n r a e inf a ty i wi ni ce s h u e h a e re t a r a ei t es p r e td g e .W h nt eb b l imee r e h n 1 5mm ,i wi h n n e h u b eda tri l g rt a . sa t l I b fu n e y i c mig fo ei le c d b n o n lw. I d i o n n a d t n,t esm ua in rs ls a r ewelwih t e e p r— i h i lt e ut g e l o t h x e i
wa l d e i n we ec n i e e n t e c lu a i n。a d t e c l u a i n r s ls we e c mp r d wi l a h so r o sd r d i h a c l to n h a c lto e u t r o a e t h t e e p rme t l a a h x e i n a t .Th e u t h w h ts r a et n i n i mu h mo e i o t n h n g a iy d e r s l s o t a u f c e so c r s s mp ra t a r v t t
窄隙通道内纵向涡作用下汽泡行为可视化研究
摘要 : 当流体流过纵 向涡发生器时 , 会在纵 向涡发 生器 后产 生沿 纵 向移动 的涡旋 , 些纵 向涡的 强烈运 动 , 这 促进
l di f i s mi e to g y b t e n man f w a d n a h e t lt u x d s n l e w e i o n e r t e h a - ae,a d t e t ema o n ay l y r i g e t r l p n h h r lb u d r a e s ral y d ma e n e u e y o gt d n l Vo e , t e h a r n fr i e h n e . T e lc L n i d n l o e a g d a d r d c d b L n i i a r x h e t ta se s n a c d u t h bo k o gt i a V r x u t
Viu lsud n b b l s b o g t d n lv r e n n r o c a n l s a t y o u b e y l n iu i a o t x i a r w h n e
HU N J n , AN a -ig , A Ja W A nl W AN Qi- a g A G u HU G Y npn M in , NG Ya —n , i G uw n
( .C 1 NNC K yL b rtr n Nu la e co h r l d a l sT c n lg e a oaoyo ce rR a trT ema rui e h oo y,C e g u6 0 4 Hy c h n d 1 0 1,
窄缝环形通道内流动阻力特性的实验研究
窄缝环 形通道 内流 动 阻力特性 的 实验研 究
路广遥 ,孙 中宁 2 ,王 经 ,阎昌琪 2
(. 1 上海交通大学机械与动力工程学院 . 0 00 . 2 0 3 ;2 哈尔滨工程大学动力与核能工程学院.1 0 1 5 0) 0
摘要 : 分别在换热和冷态条件下 . 水平 竖直 向上和竖直 向下 3 对 个流动方 向的窄缝环形通道进行 了流
动方 向上的阻力略有差别 ,而在其他层流区域和 紊流 区 3 种流动方向差别不大 。冷态条件下流动 方向对摩擦阻力的影响很小 ,可以忽略不计 。将 窄缝 通道阻力 曲线 与普通 管道 的阻力 曲线相 比 较, 层流区内窄缝通道的流动阻力 比普通管道的 流动阻力大 ;而在素流区二者相当,窄缝环形通 道的阻力可以采用普通管道 的阻力计算 式() 3进 行计算 。另外 ,冷态条件下 3 种流动方 向上 的流 态 转变点都较普 通圆管的提前 ,一般雷诺数在 l0 ~10 时实验点开始偏离层 流范围, 0 50 1 这与一 些研究者【 所观察到的现象不同。图 l中对层 5 J
() 6
3 实验结果分析与讨论
将冷态条件下水平流动 、 竖直向下流动和竖 直向上流动摩擦阻力系数- 厂 和雷诺数R 的关系曲 P 线绘于图 l ;实验范围为 3 R < 0 0 < e 3 00。
时,窄缝环形通道内水平流动摩擦阻力 曲线 。在 层流区 , 换热摩擦阻力曲线与冷态摩擦阻力 曲线 差别较大 ;这种差别随着雷诺数的增加而逐渐变 小。因为在小雷诺数时 ,换热引起流动不均匀使 阻力系数增大 ;相反 ,冷态条件下流体的均匀流 动可降低阻力系数 , 如图 2 所示 ,当 R <O 时 , e1 0
动摩擦阻力实验研究。 实验发现窄缝通道内流态转变点比普通流道有所提前 。 将实验结果与传统的阻力计算 公式进行对 比,分析了换热温差及流动方向对摩擦阻力的影响, 对窄缝环形通道内阻力特性进行了探讨。
微通道内气液两相流及气泡行为研究的开题报告
微通道内气液两相流及气泡行为研究的开题报告摘要:微通道内气液两相流及气泡行为研究是当前微流控领域的热点问题。
本文将主要介绍该研究的背景、研究意义和目的,以及在该研究领域中的一些典型成果和应用。
同时,还将针对该研究中存在的一些问题,提出一些未来研究的方向和方法。
关键词:微通道;气液两相流;气泡行为;研究进展;未来展望一、研究背景及意义微通道内气液两相流及气泡行为研究是微流控领域的热点问题之一,也是与微纳米器件、燃料电池、生物医学等领域密切相关的重要研究方向。
近年来,随着微纳米技术的迅速发展,在微通道内进行气液两相流研究已经成为了研究热点之一。
与传统的宏观管道相比,微通道具有小体积、低流量、高表面积等独特的特点,因此在微通道内的气液两相流与气泡行为表现出了许多特殊的现象。
气液两相流与气泡行为的研究在现代科技领域中具有广泛的应用。
例如,在燃料电池中,氢气的电化学反应需要在电解质膜中进行,并且需要通过微通道进行流动,因而了解气液两相流动和气泡行为对优化燃料电池性能具有重要意义;在微流控芯片中,气泡的产生和控制对于芯片的高效稳定运作也非常重要;另外,气泡作为传质的介质,在化学反应和生物医学研究中也发挥着重要的作用。
因此,对微通道内的气液两相流及气泡行为进行深入的研究,既有学术价值,也有广泛的应用前景。
二、研究目的本文的研究目的是为了深入地了解微通道内气液两相流及气泡行为的基本特点,揭示流体力学的规律,以及探究气泡在微通道中的行为和产生的机理。
三、研究内容及方法在具体实施中,本文主要采用实验、理论计算和数值模拟等方法,研究气液两相流及气泡行为。
具体而言,本文将从以下方面展开研究:(1)介绍微通道内气液两相流的基本概念和特性,以及气泡的产生和行为规律等方面的基础知识;(2)利用单流道和多道道板结构的微通道实验平台,研究气液两相流的基本特性、气泡在微通道中的行为等相关问题;(3)采用流体力学、气泡动力学和界面传热学等理论计算方法,深入研究气液两相流及气泡行为的物理机制和规律;(4)利用CFD数值模拟方法,对微通道内的气液两相流进行模拟研究,探究气泡在微通道中产生和流动的模型和机理。
竖直矩形窄缝通道滑移汽泡聚合作用可视化实验研究
滑 移 汽泡 周 围存 在典 型 的涡 旋 , 实 了 滑移 汽 证 泡 提高 了换 热能 力 。他们 认 为滑 移汽 泡 的换 热
主 要 来 自于 两 部 分 : )微 液 膜 蒸 发 和 导 热 , 1 其 中 导 热 占 1 ; )滑 移 汽 泡 尾 流 。 B rs [ 7 2 ai 等 1 在 池 沸 腾 矩 形 通 道 内 发 现 滑 移 汽 泡 底 部 微 液 膜
第4 卷第5 5 期
21 年5 0
学
技
术
Vo. 1 45, NO. 5 M a 01 y2 1
A t m i e g i n e a d T e h l gy o c En r y Sce c n c no o
竖 直 矩 形 窄 缝 通 道 滑 移 汽 泡 聚 作 用 合
第5 期
徐 建 军 等 : 直矩 形 窄 缝 通 道 滑 移 汽 泡 聚合 作 用 可 视 化 实 验 研 究 竖
59 4
在 经典 沸 腾 理论 框 架 中 , 究 者 通过 核 化 研 点 密 度将 单 个 汽泡 和 宏 观 传热 量 进 行 联 系 , 即
通 过 线 性 叠 加 的方 法 获 得 汽 泡 生 长 和 脱 离 对 传
英玻 璃 ) 中加 工 和制作 矩形 窄缝 通道 , 同时对矩
形 窄 缝 通 道 中 的 3个 表 面 进 行 精 细 抛 光 , 透 其
蒸 发 和 汽泡 尾 流提 高 了局 部换 热 系数 , 建立 了
光 率 达9 % 以上 , 从 流道 宽面 和 窄 面进 行可 5 可
圈
电
电 偶
图 1 实验装置示意 图
的地 位或 许更 加 重 要 。因此 , 究 窄 缝 通 道 内 研
矩形窄缝通道近壁汽泡滑移和浮升可视化实验研究
介绍见文献【 7 】 。 研究采用 P h a n t o m V 9 . 0 高速摄像 仪从正面和窄面拍摄近壁滑移汽泡滑移和浮升运
基金项 目:国家自然科学基金资助项目 ( 5 1 1 0 6 1 4 2 )
徐建军等 :矩形 窄缝通道近壁汽泡滑移和浮升可视化实验研究
其在运动方向上所受的浮力大小相等 ;而浮力 的 另一分量作用却不 同,在加热面倾斜朝上 4 5 。 时,
关键词 :滑移 汽泡 ;浮升 ;界面形状 ;窄缝
中图分类 号 :T KI 2 4 ,T L 3 3 1 文献标志码 :A
1 前
言
从沸腾微观传热角度来说 ,近壁滑移汽泡相 界面上的质量和热量 的传输 以及其周围的流动特 性是核态沸腾传热研究的基础问题 。2 0世纪 5 0 年代 ,研究者就发现 了近壁汽泡滑移 【 】 】 ,但这并 没有引起足够的重视 ,直到 C o m w e l l 1 提出汽 泡的滑动使得传热增强 ,研究者才逐渐开始重视 汽泡滑移现象的研究 ,提 出在沸腾传热机理模型 中应考虑近壁汽泡滑移所引起的传热量变化 ,这 就需要进一步了解汽泡滑移和浮升的运动机理 , 为滑移汽泡传热模型的构建提供基础 。研究者试
汽泡浮升 。浮力 、剪切升力和表面张力都 为汽泡 浮升的阻力 ,使得汽泡靠近壁面 ,这就是加热面 倾斜朝下 向上流动沸腾时汽泡不浮升的原因。
矩形 窄缝通 道近壁汽泡 滑移和 浮 升可 视 化 实验 研 究
徐建军 2 ,卓文彬 , - ,谢添舟 ,陈炳德 ,黄彦平
I .中国核 动 力研 究设 计 院 中核核 反应 堆热 工水 力技 术 重点 实验 室 . 成都, 6 1 0 0 4 1 ; 2 .国家能 源压 水反应 堆 技术研 发 ( 实验 ) 中心 , 成都 , 6 1 0 0 4 1
窄缝环形通道内饱和沸腾的实验研究
窄缝环形通道内饱和沸腾的实验研究
实验研究中,研究者采用窄缝环形通道流体发生饱和沸腾。
研究采用
实验室内模拟窄缝环形通道流体流动,且控制固定流量和初始热媒质温度
条件,以获得条件下窄缝环形通道沸腾的流动状态。
在实验中,研究者采
用流体流动的实验室模拟和计算数值模拟方法,详细考察了窄缝环形通道
沸腾流动过程参数对流体流动特性和沸腾热传导传质特性的影响。
结果表明,窄缝环形通道受到边界层热源的影响,管道内部流体温度由下坡到上升,流体在上升区域中发生沸腾;沸腾流动对流体流动状态有明显的影响,使流体受到热负荷的增加,流动特性表现为增加的压力降和能量消耗,沸
腾热传导得到增强,因此,窄缝环形通道流体受到更多的内部热源影响,
流动性能也因此得到改善。
倾斜及摇摆条件下窄通道内汽泡密度变化研究
.
Th e i nc r e a s e o f r o l l i ng a n gl e f o r a g i v e n r o l l i ng pe r i od r e du c e s t h e b ub bl e d e n s i t y, b u t r e s u l t s i n a n a l mo s t i nv a r i ab l e f l u c t u a t i on f or m. I n r e ga r d t o i n c l i n a t i o n C On di t i on s。 whe n t h e h e a t i ng p l a t e o f t he t e s t s e c t i o n l i e s a t l o we r s i de ( po s i t i v e a ng l e i nc l i n a t i on)。 t he bu bb l e d e n s i t y de c r e as e s wi t h t he i n c r e a s e o f i nc l i na t i on a n gl e W h e n t he he a t i n g
关键词 : 窄通道 ; 汽泡密度 ; 摇 摆运动 ; 倾 斜
中 图分 类 号 : TI 3 3 文献标志码 : A 文章 编 号 : 1 0 0 0 — 6 9 3 1 ( 2 0 1 3 ) 0 5 — 0 7 4 5 — 0 4
摇摆运动下矩形窄通道内摩擦压降特性研究
摇摆运动下矩形窄通道内摩擦压降特性研究刘传成;阎昌琪;孙立成;幸奠川;王鑫【摘要】以水为工质,进行了摇摆运动下矩形窄通道内单相与流动沸腾阻力实验,获得了摇摆运动下瞬态压降波动规律,并对摇摆运动影响压降波动的机理进行了分析.摇摆运动使摩擦压降产生周期性波动,单相流动时,随系统流量、工质温度的升高,摇摆对压降波动的影响越发减弱;流动沸腾时,摇摆运动通过改变系统空间位置使压降呈明显的周期性波动,其波动幅度随出口含气率、系统流量、摇摆周期和角度的增大而增大,随系统压力的增大而减小.【期刊名称】《原子能科学技术》【年(卷),期】2013(047)004【总页数】6页(P576-581)【关键词】摇摆运动;矩形窄通道;摩擦压降特性【作者】刘传成;阎昌琪;孙立成;幸奠川;王鑫【作者单位】哈尔滨工程大学核安全与仿真技术国防重点学科实验室,黑龙江哈尔滨 150001;辽宁红沿河核电有限公司,辽宁大连 116319;哈尔滨工程大学核安全与仿真技术国防重点学科实验室,黑龙江哈尔滨 150001;哈尔滨工程大学核安全与仿真技术国防重点学科实验室,黑龙江哈尔滨 150001;哈尔滨工程大学核安全与仿真技术国防重点学科实验室,黑龙江哈尔滨 150001;哈尔滨工程大学核安全与仿真技术国防重点学科实验室,黑龙江哈尔滨 150001【正文语种】中文【中图分类】TL334船舶行驶时,受海洋条件的影响,经常处于摇摆运动中,使动力装置的运行特性发生改变。
国内外关于摇摆运动对动力装置热工水力特性的影响已进行了一些研究[1-4]。
关于阻力特性的研究主要集中在单相和空气水两相流方面,对于摇摆运动下流动沸腾阻力特性的研究尚未看到公开发表的文献。
本文主要进行摇摆运动下的单相和沸腾流动阻力实验,并针对摇摆运动对流动阻力特性的影响机理进行分析。
1 实验装置与实验参数实验采用的摇摆台和驱动装置的示意图及相关介绍见文献[5]。
热工实验回路如图1所示,主要由循环泵、稳压器、预热器、实验段和冷凝器组成。
矩形窄缝通道内滑移汽泡生长及界面形态可视化研究
因此 , 在工程上得到广泛的应用 。 现有研究表明 , 窄缝通道 内沸腾传热机理仍然存在众多未知的疑 问和潜在的新现象【 l 。目 前, 研究者多从宏观角
度对 窄缝流道 内沸腾传热机理进行探索 , 疏于关 注相变 中界面形态微观特征和热质传递过程 。在 汽泡动力学研究方面 ,主要集 中于核化点处汽泡 生长 和脱离规律的研究 ,而对窄缝通道 内滑移汽
矩形 窄缝通道 内滑移 汽泡生长 及 界 面 形 态 可 视 化 研 究
徐建军 , 一 ,卓文彬 , 一 ,谢添舟 ,陈炳德 1 , 2 ,td , 军
1 .中国核动力研究设计院中核核反应堆热工水力技术重点实验室 , 成都 , 6 1 0 0 4 1 ; 2 .国家能源压水反应堆技术研发 ( 实验 ) 中心, 成都, 6 1 0 0 4 1
4 实验 结 果 及 讨 论
4 1 滑移 汽 泡界 面 形态 分析
采用高速摄像仪分别从宽面和窄面拍摄不同 加热面放置方式时滑移汽泡界面形态 。图 3 为从
宽面拍摄 的滑移汽泡图像 ,从宽面观察 ,滑移汽 泡近似为球状 , 汽泡底部与加热壁面存在接触圆, 接触 圆也基本呈 圆形 。图 4为竖直、加热面倾斜 朝上 4 5 。 和加热面倾斜朝下 4 5 。 时从窄面拍摄 的单 个滑移汽泡的界面形态。汽泡脱离核化点后 ,沿 加热面平行滑移。从定性观察来看 ,滑移汽泡在 垂直于加热面方向上的轴长略大于流动方向上的 轴长 ,因此 ,从窄面观察滑移汽泡并不完全呈球 状 ,像一个倒置的椭圆球形。在滑动 的过程 中, 无论是加热面垂直还是加热 面倾斜 4 5 o 条件下 , 在本实验工况下滑移汽泡前后接触角基本相等 , 因此汽泡的轴心倾斜角可以认为近似等于 0 。
承压体
2 实验装置
窄通道内的汽泡核化以及滑移汽泡的影响
窄通道内的汽泡核化以及滑移汽泡的影响李少丹;谭思超;高璞珍;许超;高风【摘要】The bubble nucleation in a narrow channel under sub-cooled flow boiling was experimentally studied .The high speed digital camera was used to observe the nuclea-tion and sliding of bubbles .Most of the bubbles in the experiments slide along the heated surface ,but not lift off the surface ,as it is usual in a conventional channel .The nucleation of bubble was different at higher and lower system pressure .The nucleation sites at lower pressure distribute uniformly along the heatedsurface .However ,most of the nucleation sites at higher pressure concentrate near the onset of nucleation boiling . T he discrepancy of the bubble nucleation sites distribution is mainly caused by the different bubble sliding characteristics at different system pressures .%针对不同压力下窄通道内的过冷流动沸腾汽泡核化进行了实验研究,通过高速摄影技术观察了汽泡的核化和滑移过程。
窄空间内受限空泡演化特征的可视化实验研究
窄空间内受限空泡演化特征的可视化实验研究陈德奇;李冲;黄彦平;陆祺;王艳林;贺雪强【摘要】对窄空间内自然对流条件下的沸腾空泡演化行为进行了可视化实验研究.液相工质为去离子水,实验段采用聚碳酸酯材料,窄小空间尺寸为2 mm×10mm×250 mm.加热片采用FTO导电玻璃,从而实现从汽泡底部观察其生长特性.本文得到了不同热流密度下的汽泡生长特性曲线,发现在汽泡生长过程中,其长度与宽度的变化均符合指数规律,且长宽比在生长末期在一个固定值附近波动.汽泡生长速度随热流密度的变化不呈线性关系,受多种因素共同影响.同时,还分析了窄空间流道内汽泡聚合过程的受限界面演化特性.【期刊名称】《原子能科学技术》【年(卷),期】2018(052)007【总页数】6页(P1250-1255)【关键词】受限空泡行为;汽泡生长;汽泡聚合;可视化实验【作者】陈德奇;李冲;黄彦平;陆祺;王艳林;贺雪强【作者单位】中国核动力研究设计院中核核反应堆热工水力技术重点实验室,四川成都 610041;低品位能源利用技术及系统教育部重点实验室,重庆大学,重庆400044;低品位能源利用技术及系统教育部重点实验室,重庆大学,重庆 400044;中国核动力研究设计院中核核反应堆热工水力技术重点实验室,四川成都 610041;低品位能源利用技术及系统教育部重点实验室,重庆大学,重庆 400044;中国核动力研究设计院中核核反应堆热工水力技术重点实验室,四川成都 610041;低品位能源利用技术及系统教育部重点实验室,重庆大学,重庆 400044【正文语种】中文【中图分类】TL334对汽泡生长机制的深入了解对于人们从理论上研究沸腾换热有不可替代的作用。
汽泡的生长、聚合和脱离对热边界层和速度边界层有着强烈的扰动,从而强化沸腾换热。
于志家等[1]在垂直平壁加热面上的流动沸腾工况下,对沸腾汽泡进行受力分析,建立了沸腾汽泡长大过程的动力学方程。
摇摆条件下窄矩形通道内两相流动瞬态阻力特性研究
摇摆条件下窄矩形通道内两相流动瞬态阻力特性研究金光远;阎昌琪;孙立成;幸奠川;刘磊【摘要】摇摆条件下的气液两相流动受摇摆引起的附加惯性力的影响,致使其摩擦阻力特性发生改变。
本工作在摇摆周期为8、12、16 s和摇摆振幅为10°、15°、30°的条件下,对窄矩形通道(40 mm ×1.6 mm )内空气-水两相流动的瞬态阻力特性进行了研究。
结果表明:摇摆时瞬态摩阻系数的变化呈明显周期性;气相质量含气率越大,摩擦压降的波动幅度越大;摇摆周期越小,振幅越大,摩擦压降的波动幅度越大。
给出1个用于计算摇摆条件下两相摩阻系数的关联式,92.5%的计算值的相对误差在±20%以内。
%The additional force arising from rolling motion causes the change of two-phase flow resistance .The characteristics of air-water mixture flow resistance in narrow rectangular channel (40 mm × 1.6 mm) in rolling motions were experimentally studied with the rolling periods of 8 s ,12 s ,16 s and the angles of 10° ,15° ,30° ,respectively . T he experimental results show that the transient frictional factor changes periodically . The larger the mass quality and the maximum rolling angle and the smaller the rolling period ,the larger the fluctuation amplitude of frictional pressure drop .A new correc-tion for predicting the transient frictional factor of two-phase flow in rolling motion is proposed with a good accuracy .【期刊名称】《原子能科学技术》【年(卷),期】2013(000)009【总页数】5页(P1549-1553)【关键词】摇摆运动;窄矩形通道;两相流;摩阻系数【作者】金光远;阎昌琪;孙立成;幸奠川;刘磊【作者单位】哈尔滨工程大学核安全与仿真技术国防重点学科实验室,黑龙江哈尔滨,150001;哈尔滨工程大学核安全与仿真技术国防重点学科实验室,黑龙江哈尔滨,150001;哈尔滨工程大学核安全与仿真技术国防重点学科实验室,黑龙江哈尔滨,150001;哈尔滨工程大学核安全与仿真技术国防重点学科实验室,黑龙江哈尔滨,150001;哈尔滨工程大学核安全与仿真技术国防重点学科实验室,黑龙江哈尔滨,150001【正文语种】中文【中图分类】TL334微小通道具有换热特性好、布置较紧凑等特点,广泛应用于核反应堆、微电子、航空航天等行业中[1-2]。
矩形窄缝近壁附近汽泡运动现象及分析
第35卷第8期2007年8月化 学 工 程C HEM IC A L ENG I N EER I NG (C H I NA )V o.l 35N o .8Aug .2007作者简介:徐建军(1980 ),男,博士生,从事反应堆热工水力研究;陈炳德(1955 ),男,博士生导师,从事反应堆热工水力研究,E ma i :lxu jj un2000@sohu .com 。
矩形窄缝近壁附近汽泡运动现象及分析徐建军,陈炳德,王小军,熊万玉(中国核动力研究设计院空泡物理和自然循环国家级重点实验室,四川成都 610041)摘要:为了深入了解矩形窄缝流道窄边加热区和非加热区附近的流动和换热特性,文中采用高速摄像仪观察和分析了矩形窄缝流道内窄边近壁面附近汽泡的运动行为。
研究结果表明,窄边近壁面附近汽泡的运动形式较为复杂,汽泡可向窄边近壁面或流道中央或竖直方向运动,这种汽泡运动形式的多样性,有利于加热区和非加热区附近流体的交混;描述并建立了汽泡受力物理模型,分析了窄边近壁面汽泡的运动机理。
关键词:窄缝;窄边;汽泡中图分类号:TL 331 文献标识码:A 文章编号:1005 9954(2007)08 0022 03Pheno m e non and analysis of motive bubbles near t henarro w si de in a rect angul ar narro w c hannelXU Jian j un ,C HEN B i n g de ,WANG X iao j un ,X I ONG W an yu(Nati o na lKey Laboratory of Bubb le Physics&Natura lC irculati o n ,N uc lear Po w er I nstit u te of Ch i n a ,Chengdu 610041,Sichuan Prov i n ce ,China)Abst ract :To understand the fl o w and heat transfer character i s tics bet w een the hea ted reg ion and unheated reg ionnear the narro w side in a rectangu lar narro w channe,l the behav i o r of m o ti v e bubbles near the narro w side i n a rectangu lar narr ow channelw as i n vesti g ated and ana l y sed by m eans of the h i g h speed d i g ital ca m era .The results sho w that the behav i o r ofm o tive bubbles near the narro w si d e w as co mp lex ,and the bubbles can sli d e tow ards the narro w side or the center o f channel or the vertica l direction ,the diversities o f the m o ti v e bubb l e s contri b uted to the hydrodyna m ics exchange bet w een the unheated reg i o n and the heated reg i o n .The physi c al mode l of a bubble w as descr i b ed and established,w hich can explain t h e m echan is m o f the m o ti v e bubbles near the narro w si d e .K ey w ords :narro w channe;l narro w si d e ;bubb le 窄缝流道具有传热温差小,体面比小等优点[1 3],广泛应用在一些追求高性能的军用核动力堆、研究堆和紧凑式换热器中。
自然循环条件下窄通道内气泡速度特性
自然循环条件下窄通道内气泡速度特性杨勇勇;曹夏昕;阎昌琪;杨宽;李娜【期刊名称】《化工学报》【年(卷),期】2017(068)004【摘要】气泡运动速度是气泡行为重要参数,对建立完善的气泡换热机理模型具有意义.以水为工质开展自然循环流动条件下窄通道内气泡速度特性实验研究.分析了单气泡和气泡群速度变化规律、影响因素以及引入摇摆运动后的速度特性.气泡速度主要取决于气泡尺寸和主流速度两个因素,摇摆条件下气泡速度会发生周期性波动,竖直稳态或摇摆动态条件下气泡形心液相速度与气泡速度近似相等.%Techniques of two-phase flow under natural circulation have been used in reactor safety equipment. Bubble velocity is a necessary parameter to describe bubble behaviors and to establish profound bubble heat exchanger models. However, there are rare investigations of bubble velocity in subcooled flow boiling under natural circulation. Subcooled flow boiling under natural circulation was studied for bubble velocity characteristics in a narrow channel with water as working media, which a high speed camera was used to record bubble images in a visualization section of cross area 40 mm×2 mm. The analysis of change in velocity profile of single bubble and bubble cluster, their influencing factors, and velocity characteristics at rolling motion showed that bubble velocity was closely related to bubble size and mass flow rate. The velocity probability density of bubble cluster fitted well to normal distribution. Under rollingmotion, bubble velocity exhibited periodic wavelike increase and decrease. The local liquid velocity at bubble center was comparable to bubble velocity at vertical steady state or rolling dynamic state.【总页数】7页(P1336-1342)【作者】杨勇勇;曹夏昕;阎昌琪;杨宽;李娜【作者单位】哈尔滨工程大学核安全与仿真技术国防重点学科实验室,黑龙江哈尔滨 150001;哈尔滨工程大学核安全与仿真技术国防重点学科实验室,黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工程大学核安全与仿真技术国防重点学科实验室,黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工程大学核安全与仿真技术国防重点学科实验室,黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工程大学核安全与仿真技术国防重点学科实验室,黑龙江哈尔滨150001【正文语种】中文【中图分类】TK124;TL33【相关文献】1.自然循环窄矩形通道内单相水对流传热特性 [J], 田春平;阎昌琪;曹夏昕;王建军;田旺盛;戴斌2.海洋条件下窄矩形通道自然循环流动阻力特性 [J], 王江文;宋鸿鹄;何川;熊飞飞;李松发;邹全3.基于Level set模型研究——窄缝通道内单空气泡上升速度 [J], 张利琴; 黄彦平; 昝元锋; 王俊峰4.自然循环窄矩形通道内过冷沸腾两相摩擦阻力特性 [J], 杨宽;阎昌琪;曹夏昕5.自然循环条件下窄通道ONB点影响因素灰色关联度研究 [J], 刘平;周涛;张明;盛程;张记刚;黄彦平因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
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第35卷第8期哈㊀尔㊀滨㊀工㊀程㊀大㊀学㊀学㊀报Vol.35ɴ.82014年8月JournalofHarbinEngineeringUniversityAug.2014周期力场下窄通道内汽泡滑移实验研究李少丹,谭思超,高璞珍,许超,胡健,郑强(哈尔滨工程大学核安全与仿真技术国防重点学科实验室,黑龙江哈尔滨150001)摘㊀要:为了探索海洋条件下的沸腾换热机理,完善海洋条件下两相流动模型,采用高速摄影设备对摇摆状态周期力场下矩形窄通道内的汽泡滑移进行了实验研究㊂实验结果表明,在摇摆运动的影响下,汽泡的滑移速度发生了周期性波动,波动的周期与摇摆运动周期基本一致;摇摆运动所引起的附加惯性力以及系统流量的波动对汽泡滑移速度波动影响不大,摇摆运动所引起的汽泡直径变化是影响汽泡滑移速度波动的主要原因㊂关键词:周期力场;摇摆运动;汽泡滑移;矩形窄通道;流动沸腾;海洋条件;汽泡直径doi:10.3969/j.issn.1006⁃7043.201301035网络出版地址:http://www.cnki.net/kcms/doi/10.3969/j.issn.1006⁃7043.html中图分类号:TL331;TK124㊀文献标志码:A㊀文章编号:1006⁃7043(2014)08⁃1040⁃05ExperimentalstudyofbubbleslidinginanarrowchannelinaperiodicforcefieldLIShaodan,TANSichao,GAOPuzhen,XUChao,HUJian,ZHENGQiang(FundamentalScienceonNuclearSafetyandSimulationTechnologyLaboratory,HarbinEngineeringUniversity,Harbin150001,China)Abstract:Thepurposeofthispaperistoexplorethemechanismoftheboilingheattransferandtoimprovethetwo⁃phaseflowmodelunderoceanconditions.Bubbleslidinginanarrowrectangularchannelinarollingmotionwasex⁃perimentallystudiedbyusingthehighspeedcamerainthispaper.Theresultsshowthatthebubbleslidingvelocitywasperiodicallychangedwiththerollingmotionandtheperiodofthevariationwassimilarwiththatoftherollingmotion.Theeffectsofadditionalinertialaccelerationonthebuoyancyforceandthevariationoftheflowratecausedbytherollingmotionwillnotinfluencethefluctuationofthebubbleslidingvelocityintheperiodicforcefield.Thevariationofthebubblesizecausedbytherollingmotionisthekeyfactorthatdeterminesthefluctuationofthebub⁃bleslidingvelocity.Keywords:periodicforcefield;rollingmotion;bubblesliding;narrowrectangularchannel;flowboiling;oceancondition;bubblediameter收稿日期:2013⁃01⁃19.网络出版时间:2014⁃06⁃2715:24:45.基金项目:中央高校基本科研业务费专项基金资助项目(HEUCFZ1008).作者简介:李少丹(1988⁃),男,博士研究生;谭思超(1979⁃),男,教授,博士生导师.通信作者:谭思超,E⁃mail:tansichao@hrbeu.edu.cn.㊀㊀受海洋条件或者地震的影响,流动沸腾换热设备会受到周期性变化的外力场作用㊂摇摆运动是周期性外力场作用的一种重要形式,它不仅会改变通道的流动特性,还会使通道内的换热特性发生变化[1⁃5]㊂汽泡贴近加热壁面的滑移运动是沸腾通道内汽泡的一种重要运动形式,汽泡的滑移对通道换热有着重要的影响[5⁃8]㊂外力场的改变所带来的直接结果就是改变汽泡所处的加速度场,从而影响汽泡滑移过程中所受到的浮力㊂周期力场对流动沸腾也会产生一些间接的影响,例如改变加热表面附近的流场和温度场分布,从而使通道内的汽泡行为发生改变㊂目前已有研究大多是针对静止状态下的汽泡滑移进行的[9⁃12],影响摇摆运动下汽泡滑移的主要因素尚未确定,本文将对摇摆周期力场影响下的汽泡滑移进行实验研究㊂1㊀实验装置本研究所采用的实验回路如图1所示,回路主要由可视化沸腾实验段㊁电加热预热器㊁管壳式冷凝器㊁稳压器㊁储水箱㊁循环泵㊁体积流量计以及阀门和附属管道组成㊂实验所用工质为去离子水,对其中的不凝结气体进行排除之后进行实验㊂实验段通道为矩形窄通道,窄边高度为2mm㊂对实验段内的过冷沸腾汽泡采用高速摄影仪进行拍摄,摇摆运动过程中摄像机的拍摄位置固定㊂高速摄影仪的布置方式㊁实验段结构以及汽泡图像数据处理方法可参考文献[10]㊂图1㊀实验回路示意图Fig.1㊀Schematicdiagramoftheexperimentalloop㊀㊀本文摇摆实验在液压驱动摇摆实验平台上完成,如图2所示,图中同时给出了实验段相对于摇摆台的位置,通过控制电磁比例调节阀控制液压杆的往复运动实现摇摆台的正弦摇摆运动㊂在摇摆轴的中心处安装有码盘式角度传感器,最小测量分度为0.01ʎ,通过该角度传感器可以监控摇摆台的状态,并且作为使摇摆台进行正弦运动的控制信号㊂图2㊀摇摆台结构示意图Fig.2㊀Configurationoftherollingplate㊀㊀摇摆台摇摆角度随时间变化函数可表示为θt()=-θmsin2πT0tæèçöø÷(1)式中:θ(t)为瞬时摇摆角度,θm为摇摆运动的最大角度,T0为摇摆周期,t为时间㊂对上式进行求导之后可以得到摇摆角速度与摇摆角加速度分别为ω(t)=-2πT0θmcos2πT0tæèçöø÷βt()=2πT0æèçöø÷2θmcos2πT0tæèçöø÷ìîíïïïï(2)㊀㊀摇摆运动过程中涉及到正负角度的定义问题,本文中摇摆角度相对于实验段定义如图3所示㊂即加热壁面向下时定义为负角度,加热壁面向上时定义为正角度㊂图3㊀摇摆运动角度的定义Fig.3㊀Definitionoftherollingangle2㊀实验结果及分析2.1㊀摇摆运动下汽泡滑移速度规律摇摆运动条件下的汽泡滑移速度如图4所示㊂系统压力为0.2MPa,质量流量为454.2kg/(m2㊃s),入口过冷度为30.98ħ,热流密度为115.8kW/m2㊂摇摆周期分别为8s和16s,最大摇摆角度为10ʎ和15ʎ㊂为了更加清楚地研究摇摆对汽泡滑移的影响,图中所给出的汽泡滑移速度为平均之后的值,每50帧图片所得出的速度取一次平均,即图中给出的是10ms内所有汽泡滑移速度的平均值,后面对摇摆运动条件下的其他汽泡参数采用类似的处理方法㊂(a)θm=10ʎ,T0=8s(b)θm=15ʎ,T0=16s图4㊀摇摆运动下汽泡滑移速度的变化Fig.4㊀Variationofthebubbleslidingvelocityunderrollingmotion㊃1401㊃第8期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀李少丹,等:周期力场下窄通道内汽泡滑移实验研究㊀㊀由图4可见,汽泡滑移速度的波动周期和摇摆运动的周期较为接近,汽泡滑移速度几乎随摇摆角度反向变化,汽泡滑移速度在摇摆角度为最大正角度时达到最小值,在摇摆角度为最大负角度时达到最大值㊂摇摆运动条件下汽泡速度在竖直状态速度的上下波动,但是汽泡速度的波动并不严格按照简谐规律进行㊂图中同时给出了竖直静止状态下的汽泡滑移速度,在大部分时间内,汽泡滑移速度在摇摆运动下要比竖直静止状态下的汽泡速度大一些㊂2.2㊀摇摆运动下汽泡速度波动影响因素摇摆运动所引入的非惯性加速度会改变汽泡所处的外力场,直接改变汽泡所受到的浮力,造成汽泡滑移速度的周期性变化㊂摇摆运动也可能会改变汽泡周围液体的流动,通过曳力的作用间接改变汽泡的滑移速度㊂在摇摆运动的过程中,汽泡的有效直径有可能会发生变化,由此同时改变汽泡所受到的曳力以及浮力的大小,进而对汽泡的滑移产生影响㊂下面将从这几个方面对摇摆运动条件下的汽泡滑移进行分析㊂将汽泡所受浮力分别沿流动方向和垂直于加热壁面方向进行分解㊂如下所示:Fy_r=ρlVb-ωt()2LRsinα-[㊀㊀βt()LRcosα+gcosθt()]Fz_r=ρlVb-ωt()2LRcosα+[㊀㊀βt()LRsinα+gsinθt()-2ωt()vb]ìîíïïïïïï(3)式中:α为汽泡所在位置与摇摆轴心连线和摇摆台之间的夹角,LR为摇摆轴心与汽泡所在位置间的距离,ρl为液体密度,Vb为汽泡体积,g为重力加速度,vb为汽泡速度㊂在这里应该当指出,在汽泡上升的过程中,LR与α的大小会发生变化,上式并未对此进行严格的考虑,但是由于本实验中拍摄窗口较小,汽泡所在的位置相对比较固定,所以采用上式并不会产生太大的误差㊂从浮力角度来讲,汽泡的滑移速度将主要受到y方向浮力的影响,在汽泡直径不发生变化的情况下,摇摆运动条件下浮力沿y方向的分量与竖直条件下汽泡所受浮力的比值变化如图5示,其中Fy为竖直静止状态下同样大小汽泡所受的浮力㊂从图5中可以看出摇摆运动条件下汽泡所受的浮力的要小于竖直状态,浮力变化的幅度随着摇摆最大角度的增大而增大,随摇摆周期的增大而减小,汽泡所受的浮力的大小的变化幅度在5%以内㊂汽泡所受浮力变化的周期与摇摆周期有所不同,出现了复合波动,复合的频率为摇摆运动频率的二倍㊂由于汽泡的滑移速度与其所受到的浮力成正比,因此如果摇摆运动下汽泡的滑移速度主要受非惯性加速度影响,那么滑移速度的变化应该与此时浮力的变化趋势相同㊂然而,对比图4可以发现,汽泡的滑移速度受非惯性加速度影响较小,因此汽泡滑移速度的变化可以归结为汽泡所受曳力的影响㊂(a)T0=8s(b)T0=12s(c)T0=16s图5㊀摇摆运动中汽泡所受浮力的变化Fig.5㊀Bubblebuoyancyforcesunderrollingmotion㊀㊀摇摆运动过程中液体流动速度是否发生波动以及波动幅度的大小主要取决于驱动压头㊁流动阻力以及摇摆引入的附加作用之间的关系㊂当驱动压头比摇摆运动附加作用大很多时,摇摆运动基本不会引起流量波动,而当驱动压头与摇摆运动附加作用相当或者较小时,摇摆运动就会引入较为明显的流量波动㊂本实验装置中,液体主流流速在摇摆运动㊃2401㊃哈㊀尔㊀滨㊀工㊀程㊀大㊀学㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第35卷条件和竖直静止状态下的数值如图6所示㊂同样对比图6与图4中数据的变化趋势与摇摆角度之间的关系,可以得出以下结论,摇摆所引起的液体流动速度变化与汽泡速度变化的趋势基本相反,也就是说,在摇摆运动条件下液体流动速度的增加反而引起汽泡速度的减小㊂图中所示的液体速度波动幅度较小,最大相对波动幅度不到2%,而汽泡滑移速度波动幅度在60%左右㊂因此摇摆运动所致的流体流量波动并不是影响汽泡滑移速度波动的主要因素㊂图6㊀摇摆运动下局部流速的变化Fig.6㊀Variationofthelocalfluidvelocityunderrollingmotion㊀㊀下面对摇摆运动过程中的汽泡等效直径进行考察,图7给出了摇摆运动条件下的汽泡等效直径随摇摆角度变化的数据㊂汽泡等效直径随摇摆运动产生了周期性变化,波动周期基本与摇摆运动周期保持一致㊂摇摆运动条件下汽泡等效直径的平均值要比竖直状态大一些,汽泡等效直径在摇摆角度最小时,即加热面向下最大负角度时达到最大值,汽泡等效直径在摇摆角度最大时,即加热面向上最大正角度时达到最小值㊂对比图4可以看出,汽泡滑移速度的变化与汽泡直径的变化基本保持一致㊂由于汽泡较小时,汽泡的滑移速度与汽泡的直径成正比,因此可以得出结论,在窄通道过冷沸腾摇摆运动条件下,汽泡等效直径的变化是影响汽泡滑移速度的重要因素㊂(a)θm=10ʎ,T0=8s(b)θm=15ʎ,T0=16s图7㊀摇摆运动下汽泡直径的变化Fig.7㊀Variationofbubblediameterunderrollingmotion㊀㊀影响摇摆运动下汽泡直径变化的因素很多,对于摇摆这样的非稳态系统更是如此㊂由于本实验条件下入口过冷度以及表面热流密度基本保持不变,因此影响摇摆运动下汽泡直径波动的主要因素有质量流量㊁壁面过热度以及当地局部压力的变化㊂如前所述,回路采用强迫循环,因此回路流量变化不大㊂与此同时摇摆运动下的表面过热度以及入口压力都发生了周期性变化,壁面过热度的波动幅度也比较小(小于2ħ),而入口压力的变化幅度可以达到10%左右,如图8所示㊂系统压力的变化造成了壁面汽泡生长情况的不同,随着压力的升高汽泡生长速度有所降低,汽泡直径减小,即通道内汽泡直径的变化趋势与入口压力的变化趋势相反㊂另一方面,摇摆运动过程中加热壁面向上时,在垂直于加热面方向浮力分量的作用下汽泡底部的接触圆直径相比于加热面向下时要小一些,根据微液层蒸发理论此时的微液层蒸发量较小,由此汽泡等效直径在加热面向上时较小,反之亦然㊂根据以上分析,摇摆运动下汽泡直径的变化主要受局部压力的波动以及加热壁面朝向不同所引起接触圆直径的变化的影响㊂有关各个参数的具体影响还需进一步研究㊂图8㊀摇摆运动下入口压力的变化Fig.8㊀Variationoftheinletpressureunderrollingmotion综合以上分析,摇摆运动条件下的汽泡滑移速度产生了周期性波动,汽泡所在外力场㊁汽泡周围流体的㊃3401㊃第8期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀李少丹,等:周期力场下窄通道内汽泡滑移实验研究速度以及汽泡的等效直径都发生了周期性变化,然而非惯性力场所导致的浮力变化和汽泡周围流体速度的变化对汽泡滑移速度的影响不大,决定汽泡滑移速度变化的是汽泡等效直径的变化㊂也就是说,摇摆运动改变了过冷沸腾窄通道的入口压力以及汽泡底部微液层蒸发面的大小,进而使的汽泡等效直径发生了周期性波动,由此间接对汽泡的滑移速度产生了影响㊂4㊀结论本文针对摇摆运动周期外力场作用下窄通道内的汽泡滑移进行了可视化实验研究,分析实验数据之后得到了以下主要结论:1)摇摆运动下汽泡滑移速度产生了周期性波动,波动周期与摇摆运动周期基本一致㊂2)摇摆运动过程中当地液体流速和汽泡所在力场都发生了周期性变化,然而这些并非影响摇摆运动下汽泡滑移速度波动的主要因素㊂3)决定摇摆运动下汽泡滑移速度波动的主要因素是汽泡等效直径的变化,摇摆运动所造成的入口压力波动以及汽泡底部微液层蒸发面直径的变化是造成汽泡等效直径变化的主要原因㊂参考文献:[1]TANSichao,SUGuanghui,GAOPuzhen.Experimentalandtheoreticalstudyonsingle⁃phasenaturalcirculationflow[J].AppliedThermalEngineering,2009,29:3160⁃3168.[2]TANSichao,SUGH,GAOPuzhen.Heattransfermodelofsingle⁃phasenaturalcirculationflowunderarollingmotioncon⁃dition[J].NuclearEngineeringandDesign,2009,239:2212⁃2216.[3]黄振,高璞珍,谭思超,等.摇摆对传热影响的机理分析[J].核动力工程,2010,31(3):50⁃54.HUANGZhen,GAOPuzhen,TANSichao,etal.Mechanismanalysisofeffectofrollingmotiononheattransfer[J].NuclearPowerEngineering,2010,31(3):50⁃54.[4]WANGC,GAOP,WANGS,etal.Experimentalstudyofsin⁃gle⁃phaseforcedcirculationheattransferincircularpipeunderrollingmotion[J].NuclearEngineeringandDesign,2013,265:348⁃355.[5]YANB,GUH.Theflowandheattransferofturbulentpulsa⁃tingflowinrodbundlesinrollingmotion[J].ProgressNuclearEnergy,2012,54(1):49⁃55.[6]THRONCROFTGE,KLAUSNERAJF,MEIR.Anexperi⁃mentalinvestigationofbubblegrowthanddetachmentinverti⁃calupflowanddownflowboiling[J].InternationalJournalofHeatandMassTransfer,1998,41(23):3857⁃3871.[7]SATEESHG,DASSK,BALKRISHNANAR.Analysisofpoolboilingheattransfer:effectofbubblesslidingontheheat⁃ingsurface[J].InternationalJournalofHeatandMassTrans⁃fer,2005,48(8):1543⁃1553.[8]MANICKAMS,DHIRV.Holographicinterferometricstudyofheattransfertoaslidingvaporbubble[J].InternationalJournalofHeatandMassTransfer,2012,55(4):925⁃940.[9]OZERAB,ONCELAF,HOLLINGSWORTHDK,etal.Theeffectofslidingbubblesonnucleateboilingofasubcooledliq⁃uidflowinginanarrowchannel[J].InternationalJournalofHeatandMassTransfer,2011,54(9/10):1930⁃1940.[10]LIS,TANS,XUC,etal.Anexperimentalstudyofbubbleslidingcharacteristicsinnarrowchannel[J].InternationalJournalofHeatandMassTransfer,2013,57:89⁃99.[11]徐建军,陈炳德,王小军.竖直矩形窄缝通道内近壁滑移汽泡运动特征研究[J].核动力工程,2011,32(2):59⁃62.XUJianjun,CHENBingde,WANGXiaojun.Studyonmotivecharacteristicofslidingbubblenearwallinaverticalnarrowrectangularchannel[J].NuclearPowerEngineering,2011,32(2):59⁃62.[12]徐建军,陈炳德,王小军.竖直流动沸腾滑移汽泡速度预测及运动机理[J].化学工程,2009,37(2):27⁃30.XUJianjun,CHENBingde,WANGXiaojun.Predictingve⁃locityandmotivemechanismofslidingbubbleinverticalflowboiling[J].ChemicalEngineering,2009,37(2):27⁃30.(责任编辑:陈峰)㊃4401㊃哈㊀尔㊀滨㊀工㊀程㊀大㊀学㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第35卷周期力场下窄通道内汽泡滑移实验研究作者:李少丹, 谭思超, 高璞珍, 许超, 胡健, 郑强, LI Shaodan, TAN Sichao, GAO Puzhen, XU Chao, HU Jian, ZHENG Qiang作者单位:哈尔滨工程大学 核安全与仿真技术国防重点学科实验室,黑龙江 哈尔滨,150001刊名:哈尔滨工程大学学报英文刊名:Journal of Harbin Engineering University年,卷(期):2014(8)引用本文格式:李少丹.谭思超.高璞珍.许超.胡健.郑强.LI Shaodan.TAN Sichao.GAO Puzhen.XU Chao.HU Jian. ZHENG Qiang周期力场下窄通道内汽泡滑移实验研究[期刊论文]-哈尔滨工程大学学报 2014(8)。