自然循环过冷沸腾流动不稳定性起始条件的研究

自然循环的流动特性及安全性汇总

42-37
（3）水冷壁管内壁结垢
• 锅炉运行水质不合格，含盐量超标，当水在管内受热蒸发时，盐分从水中析出，沉积在管壁上，形成盐垢。 • 结垢的管子管壁温度就升高。这种破坏决不亚于停滞、倒流和膜态沸腾的影响。 • 水冷壁管内结垢时，流动阻力也随着增大，容易引起停滞或倒流。
42-38
（5）变负荷速度过快或低负荷运行时间过长
二、管内流型及传热区域如图6-8所示，欠热水由管子下部进入，工质沿管长经历了五种流型：单相水的流动（A段）：水温↑，未至饱和温度，无蒸汽。过冷气泡状流动（B段）：紧贴管子内壁面的水温↑至饱和并产生汽泡，管子中部水仍欠热，平均水温tg逐渐升高。
42-4
饱和汽泡状流动（C段）——全部工质至饱和温度，汽泡不再凝结，含汽量从x=0 开始逐渐增大。弹状流动（D 段）—— 随着含汽量增大，汽泡聚合成弹状，温度保持饱和温度。
m/s
(10 - 3)
42-2
3.含汽率 1）质量含汽率：在汽水混合物中，蒸汽的质量流量与汽水混合物的总质量流量之比称为质量含汽率x。 2）容积含汽率（不考虑汽和水之间的相对滑动）：蒸汽的容积流量与汽水混合物的容积流量之比称为容积含汽率。 4.循环倍率K：循环水流量与蒸汽流量之比
42-3
42-39
五、提高自然循环安全性的措施
• 水冷壁平行管存在着热偏差，个别管子的循环流速与循环倍率不同程度地小于平均情况下的数值，可能发生循环停滞、倒流或传热恶化等循环事故。
42-40
1.水冷壁管径
42-41
（二）循环回路中水冷壁管屏的宽度一般，炉膛一面墙的水冷壁分成3~4 个或更多的管屏组成。（三）下降管和导汽管
受热很弱的管子容易出现停滞或倒流，受热很强的管子可能出现膜态沸腾，其结果都是导致管子局部发生传热恶化，管壁温度升高。

矩形通道内低压自然循环压降型脉动及其复合型脉动可视化研究

CIESC Journal, 2018, 69(6): 2455-2462·2455·化工学报2018年第69卷第6期|DOI：10.11949/j.issn.0438-1157.20171302矩形通道内低压自然循环压降型脉动及其复合型脉动可视化研究张文超，焦琦，周云龙，杨美，金光远，杜利鹏（东北电力大学能源与动力工程学院，吉林省吉林市132012）摘要：以去离子水为工质，对矩形通道内低压自然循环压降型脉动及其复合型脉动进行可视化实验研究，利用可视化手段拍摄脉动过程气相分布状态图像。

通过流量脉动曲线与图像进行对照，分析流量脉动的物理过程及产生机理。

实验过程中发现4类动态不稳定性：第Ⅰ类密度波（DWOⅠ）、压降型脉动（PDO）、复合型脉动（SPO）及第Ⅱ类密度波（DWOⅡ）。

重点分析了压降型脉动与复合型脉动产生机理、影响因素及流动不稳定性边界。

实验研究发现，受矩形通道挤压效应及稳压器内部可压缩空间影响，工质在稳压器和循环回路之间往复波动，形成压降型脉动，增大加热功率压降型脉动会叠加第Ⅱ类密度波形成复合型脉动。

两类脉动的起始点会随入口过冷度增加呈现偏离趋势，并且压力增加，偏离趋势会随之增大。

通过相变数、过冷度数等无量纲参数绘制了压降型脉动不稳定性边界。

关键词：不稳定性；气液两相流；矩形通道；压降型脉动；可视化方法中图分类号：TL 334 文献标志码：A 文章编号：0438—1157（2018）06—2455—08 Visualization study on pressure drop and superimposed oscillations under low pressure natural circulation in rectangular channelZHANG Wenchao, JIAO Qi, ZHOU Yunlong, YANG Mei, JIN Guangyuan, DU Lipeng(School of Energy and Power Engineering, Northeast Electric Power University, Jilin 132012, Jilin, China)Abstract:With deionized water as working fluid,visualization technique was used to study pressure drop and superimposed oscillations of low pressure natural circulation in rectangular channel. Gas-phase distribution images captured during oscillation processes were compared with flow pulsation curve to assess physical process and mechanism of flow oscillation. Four types of dynamic instabilities were found in the study, i.e., density wave oscillation by gravity (DWOⅠ), pressure drop oscillation (PDO), superimposed oscillation (SPO), and density wave oscillation by friction (DWOⅡ). Due to squeezing effect of rectangular channel and compressible space limitation within surge tank, working fluid flew cyclically between surge tank and circulation circuit and generated pressure drop oscillation (PDO). With increase of heating power, superimposed oscillation was formed by overlapping PDO and DWOⅡ. The onset points of both oscillations tended to diverge with increase of inlet overcooling degree, and such diverging tendency enlarged when system pressure was increased. DPO instability boundary curve was plotted against dimensionless parameters, such as overcooling degree and phase change.Key words: instability; gas-liquid flow; rectangular channel; pressure drop oscillation; visualization method引言两相自然循环技术具有节约能源、安全性高等特点，被广泛应用于能源、动力、化工等领域[1]。

细长自然循环系统流动不稳定性实验研究

ｄｏｉ：１０．７５３８／ｙｚｋ．２０１４．４８．０２．０２６７
ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌＳｔｕｄｙｏｆＦｌｏｗＩｎｓｔａｂｉｌｉｔｙ
ｉｎＥｌｏｎｇａｔｅｄＮａｔｕｒａｌＣｉｒｃｕｌａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍ
ＧＵＯＸｕｅ — ｑｉｎｇ，ＳＵＮＺｈｏｎｇ — ｎｉｎｇ，ＺＨＡＮＧＤｏｎｇ — ｙａｎｇ
（ＮａｔｉｏｎａｌＫｅｙＤｉｓｃｉｐｌｉｎｅＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＮｕｃｌｅａｒＳａｆｅｔｙａｎｄＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，
ｐｅｒｆｏｒｍｅｄｔｏｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｔｈｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｂｅｈａｖｉｏｒｏｆａｎａｔｕｒａｌｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈｅｌｏｎｇａｔｅｄｌｏｏｐｓａｎｄｌｏｎｇｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｓｅｃｔｉｏｎｓａｔａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃｐｒｅｓｓｕｒｅ，ａｎｄｔｈｅｔｒａｎｓｉｅｎｔ
ＨａｒｂｉｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｒｂｉｎ１５０００１，Ｃｈｉｎａ）

反应堆热工期末复习资料

1.比较成熟的动力堆主要有哪些，它们各有什么特点？1）压水堆加压轻水作的冷却剂，控制棒为棒束型结构，正常运行水处于欠热状态；核燃料为低富集度的二氧化铀陶瓷燃料，两回路布置，一回路压力15.5Mpa，二回路压力7.75Mpa；2）沸水堆加压轻水作冷却剂和慢化剂控制棒截面为十字形堆芯中的水处于饱和沸腾状态蒸汽直接推动气轮机做功；3）重水堆重水堆慢化剂和冷却剂天然铀作核燃料一个或两个环路组成2.反应堆热工分析主要包括哪些内容主要是分析燃料元件内的温度分布，冷却剂的流动和传热特性，预测在各种工况下反应堆的热力参数，以及在各种瞬态和事故工况，压力，温度，流量等参数随时间的变化过程3.试叙述堆的热源的由来及其分布堆的热源来自核裂变过程中释放出来的能量，每次裂变释放出来的总能量平均值为200Mev，其中裂变碎片占总能量的84％，在燃料元件内转换为热能；裂变中子的热量分布取决于它的平均自由程，主要在慢化剂中；伽马射线（瞬发缓发）的能量分别在堆芯，反射层，热屏蔽和生物屏蔽中装化为内能，极少部分穿出堆外；高能贝塔粒子能量大部分在燃料元件内转化为热能4.影响堆功率分布的因素有哪些1）燃料布置，均匀装载燃料堆芯功率分布非常不均匀，平均燃耗低，分区装载燃料可以使堆芯功率得到展平，提高了整个堆的热功率，同时也提高了平均热耗。

2）控制棒，均匀的布置在具有高中子通量的区域，既有利于提高控制棒的效率也有利于径向中子通量的瓶平，但对轴向功率有不利的影响：堆芯寿期初功率峰偏向上部。

3）水隙及空泡，水隙引起的附加慢化作用，使其周围元件的功率升高，从而增大了功率分布的不均匀程度，空泡对中子慢话减弱，会导致堆芯反应性下降5.控制棒的热源：1.吸收堆芯的γ辐射；2.控制棒本身吸收中子的（n. γ）和（n. α）反应。

6.慢化剂产生的热量：1.裂变中子的慢化；2.吸收裂变产物放出的β粒子的一部分能量；3.吸收各种γ射线的能量。

7.热量从堆芯输出依次经过导热、对流换热和输热三个过程。

水平环形窄通道中的流动不稳定起始点和临界热流密度

图１均匀加热通道静态水动力特性曲线
实验表明：ＯＩＦ在出口平衡含汽率为零或者正值的情况下发生，说明忽略通道内的过冷空泡是可能的。同时，那些广泛应用于大通道ＯＩＦ现象的模型和关系式不能直接应用于
低流速下的微通道。１２临界热流密度（．ＣＨＦ）临界热流密度（Ｈ）ＣＦＮ被广￣ＮＮｇ［￣１ｔｔ。应用于向上流动的垂直大通道内导致７９ＣＦＨ的机理很容易定性地理解。。对于偏离泡核沸腾ＤＢ和于涸也有成功的半。Ｎ［卜
１所示。如果通道是强迫或自然循环的一部分，那么曲线的负斜率段是不稳定的。即在
热负荷不变的情况下，当加热通道内质量流速下降到曲线的压降最低点（Ｆ），ＯＩ时就会发
生流量漂移，通道内流量会明显减小。为了阻止流量漂移发生，对通道的加热功率作了
限制，使系统不运行在静态水动力特性曲线的负斜率段。对于给定的加热功率，Ｆ点的质量流速稍低于ＯＶ点和整体沸腾起始点（ＯＩＳ从此点
１简
介
小通道内强迫对流过冷沸腾是目前最有效的工程热传输方法之一，也是超高热流密度应用可选择的冷却机理。流动不稳定起始点（Ｆ）ＯＩ和临界热流密度（Ｈ）ＣＦ是利用沸腾传热机理的冷却系统安全运行的上限。１１流动不稳定起始点（Ｆ）．ＯＩ
两相流量漂移不稳定性对沸腾流道设计和运行是至关重要的，它可能导致流道干涸甚至加热通道烧毁Ｌ。ｌ加热通道的静态不稳定性是基于其水动力特性曲线（压降．曲流量线）来分析。一般形式的静态水动力特性曲线是在恒定热负荷，以及利用可变的人口温度得到一个可变的欠热冷却水质量流密度的条件下，以测量试验段总压降而获取的。如图

开式自然循环系统启动特性研究

开式自然循环系统启动特性研究侯晓凡;孙中宁;范广铭;丁铭;宿吉强【摘要】针对开式自然循环系统启动特性进行了实验研究。

实验表明：不同加热功率下，开式自然循环系统会经历不同的流动演化过程。

低加热功率下，系统经历单相循环、喷泉不稳定，最终演化为闪蒸不稳定；中等以及高加热功率下，系统依次经历单相循环、喷泉不稳定和沸腾伴随闪蒸不稳定后，分别演化为稳定的汽液流动和密度波振荡。

导致启动过程流动演化的主要原因是随着加热管入口水温的升高，管内沸腾现象持续增强，上升段内闪蒸现象则先增强而后减弱，两者相互作用，导致系统流量、相变位置及空泡份额等发生明显变化。

最后，绘制了开式自然循环启动过程的无量纲化流动不稳定区域分布图，并拟合得到了喷泉不稳定及闪蒸主导的不稳定起始边界的经验关系式，拟合结果与实验结果符合良好。

%An experimental investigation on startup characteristics of open natural circu‐lation system was performed .The results show that heating powers have significant influence on the flow characteristics evolvement during startup process .Namely ,the system undergoes single‐phase natural circulation , geysering oscillation and flashing oscillation under low powerconditions ;it undergoes single‐phase natural circulation , geysering oscillation and boiling accompanied with flashing oscillation ,and then devel‐ops into the steady circulation of two‐phase flow under the medium power conditions , the system under the high power conditions undergoes the same evolvement process as that under the medium power conditions at beginning ,and finally develops into density wave oscillation .The main reason leading to the evolution of flow characteristics during startupprocess is that the boiling in the heated tube continues to enhance ,and the flash‐ing phenomenon in the upflow‐leg enhances at first , and then weakens , with the increase of the entrance temperature of the heated tube .The two factors interact with each other ,w hich bring about the obvious changes of the system circulation flow rate , the phasetra nsition positions and the void fraction . Finally , a non‐dimensional flow instability map of the open natural circulation system during startup process was drawn . And empirical correlations of the instability boundaries for geysering oscillations and flashing dominated oscillations were established . The fitting results fairly well agree with experiment data .【期刊名称】《原子能科学技术》【年(卷),期】2015(000)010【总页数】6页(P1772-1777)【关键词】开式自然循环;启动特性;流动不稳定;不稳定区域分布【作者】侯晓凡;孙中宁;范广铭;丁铭;宿吉强【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】TL353自然循环在化学工程、核动力等领域均得到广泛应用，而在两相自然循环建立过程中则不可避免地会产生流动不稳定[1-2]。

6.2自然循环的流动特性

静止状态： A-A左侧 A-A右侧
p1 p0 xj gh p2 p0 ss gh
静止状态下，p1 p2 0, 形成推动力
水在回路中循环流动时：
p1 p0 xj gh pxj p2 p0 ss gh pss p fl
稳定流动时，p1 p2
在一定上升管含汽率范围内，自然循环回路中上升管受热增强时，循环水量和循环流速也随之增大（循环推动力增大），这种循环特性称自补偿能力；但热负荷太大时，含汽率超过一定值，由于流动阻力的快速增加使循环水流速反而减小，则会失去自补偿能力。最大循环流速对应的循环倍率称为界限循环倍率。为了保证自然循环回路的工作安全，锅炉上升管的含汽率必须始终小于界限含汽率，而循环倍率则应始终大于界限循环倍率。
第二类传热恶化：“蒸干” 管内含汽率x达到一定数值时，贴壁水膜被被中心汽流撕破或蒸干，管壁得不到水的冷却，放热系数明显下降，导致传热恶化。在自然循环锅炉的水冷壁中，正常运行状态下不会出现 “蒸干”导致的传热恶化。在非正常运行状态下一旦出现第二类传热恶化，虽然开始时壁温并不太高，但含盐量较高的炉水水滴润湿管壁时，盐分沉积在管壁上，也会造成传热恶化。亚临界压力的自然循环锅炉，其水冷壁内下质的实际含汽率很接近其临界含汽率，故有可能发生第二类传热恶化。直流锅炉一定会出现第二类传热恶化。
3.汽水分层
当汽水混合物在水平或微倾斜管内流动时，出于汽、水密度不同，水在管子下部流动，汽在管子上部流动，形成明显的分界面，这种现象称为汽水分层。当汽水混合物流速较高时，扰动剧烈，汽水混合较好，管子能得到良好的冷却。若汽水混合物流速过低，出现汽水分层时，管壁上部温度明显高于下部温度，造成上部管壁超温。同时，上下管壁温差将形成温差热应力。另外，随着水面波动，在汽水分界面附近，温度交替变化还会产生交变热应力。防止汽水分层的措施是尽可能避免布置水平或倾角小于150的沸腾管。如在结构上不可避免时，要尽可能提高管内汽水混合物的流速。

第一章气(汽)液两相流动的不稳定性

d. 碰撞、喷泉和爆炸不稳定性碰撞、喷泉和爆炸这类静态不稳定性常常耦合在一起，呈现为一
种重复的却不一定呈周期性的行为。从它经历的过程来看，都含有一种欠热液体突然沸腾的过程，因工作条件不同而表现为不同的不规则循环过程。
碰撞现象常常发生在低压下的碱金属沸腾系统。加热面温度在沸腾和自然之间不规则地循环变化，沸腾和自然对流在加热面上交替进行，导致汽泡间歇地生长和破裂，形成撞击效应。当压力升高或热流密度增加后，这类现象便消失。人们用加热面上某些空穴含有气体导致这类不稳定性进行解释。
Thanks for your attention!
• （1）各种不稳定性机理
1）静态不稳定性
最常见的静态不稳定性有流量漂移、沸腾危机、流型过渡、碰撞声、喷泉声或爆炸声、冷凝爆炸等六类。
a. 流量漂移
流量漂移又称Ledinegg不稳定性，其特征是受到扰动后的流动离开原来的流体动力平衡工况，在新的流量值下重新稳定运行。这种不稳定特征要求沸腾流道的压降-流量特征曲线（又称流道内部特征曲线）具有随流量增加，压降反而减少的区域，只有当流量变化时，流道摩擦损失的变化大于系统外加压头变化（通常是泵的压头或自然循环压头）时，才会发生这种不稳定性，即有稳定性准则为：
压水反应堆失水事故下，堆芯再淹没速率受应急堆芯冷却剂驱动压头和堆芯上腔室背压控制，模拟模型试验表明，此时会发生流量振荡，在再淹没暂态的初始阶段，这种振荡现象特别激烈。
f. 弛压水池凝结振荡弛压水池凝结振荡是指蒸汽注入水池后发生直接接触
凝结过程中形成的压力振荡。伸入沸水堆弛压水池的下降管出口处，高温蒸汽流量与低欠热度池水相遇，在出口处周围的气-液相界面运动状态与蒸汽流量、池水欠热度等有关，若蒸汽突然凝结，便导致池内压力振荡。根据 Okazak报导，振荡循环特性为：（1）低凝结率时，管内蒸汽压力增加；（2）蒸汽压力增加使出口处气泡体积增大；（3）气-液交界面因气怕增大而膨胀，促使池水对流，冷池水到达交界面；

HFETR自然循环能力分析研究_徐涛忠 (1)

第44卷增刊原子能科学技术 V ol. 44, Suppl. 2010年9月 Atomic Energy Science and Technology Sep. 2010收稿日期：2010-05-14；修回日期：2010-07-31HFETR 自然循环能力分析研究徐涛忠，段天元（中国核动力研究设计院，四川成都 610041）摘要：针对高通量工程试验堆（HFETR ）的运行特点，本文利用RELAP5/MOD3程序对HFETR 进行了数值建模，并结合反应堆实际运行工况，采取了阶跃升功率法和积分功率法分析了系统压力和压力壳平均水温对HFETR 最大自然循环能力的影响。

结果表明：系统在常压和带压工况下，HFETR 的最大自然循环能力分别为0.9、2.0 MW 。

自然循环能力随运行压力的升高而增大，随压力壳水温的升高而降低。

本文基于计算数据与理论推导提出了预测不同平均水温下最大自然循环能力的关系式，该公式具有指导反应堆实际运行的工程意义。

关键词：高通量工程试验堆；系统压力；平均水温；自然循环能力中图分类号：TL333 文献标志码：A 文章编号：1000-6931（2010）S0-0198-06Analysis and Research on Natural Circulation Capacity of HFETRXU Tao-zhong ，DUAN Tian-yuan（Nuclear Power Institute of China , Chengdu 610041, China ）Abstract: For the operating characteristics of HFETR, the numerical model of HFETR was established by RELAP5/MOD3 to analysis the maximal natural circulation capacity. Combining with the reactor running condition, the influence of the system pressure was analyzed by ascending power in step method and the pool water temperature on natural circulation characteristics was analyzed by integral power method. The results show that the natural circulation capacity are 0.9 and 2.0 MW separately under low pressure and high pressure , the natural circulation capacity increases as the running pressure increases, however the natural circulation capacity decreases as the coolant temperature increases in the pressure vessel. Based on the computational result and the theoretical deduction ，a correlation was proposed to predicate the relationship between the natural circulation mass flow and the core power under different coolant temperatures.Key words: HFETR ；system pressure ；average coolant temperature ；natural circulation capacity高通量工程试验堆（HFETR ）是中国第1座高通量研究堆，HFETR 正常的冷却方式是在冷却泵的驱动下，冷却剂从上至下流过堆芯。

套管型自然循环回路不稳定现象分析

套管型自然循环回路不稳定现象分析吴祥成;阎昌琪【摘要】为解决熔盐堆排盐罐中熔盐衰变热稳定导出问题,针对套管型自然循环回路开展了不稳定现象研究实验,对实验中观察到的现象和获得的测量数据进行了分析.实验结果表明,中心管对流体预热作用明显,水箱入口温度较低时流体通过中心管后温升高达40 ℃;上升段出口液面波动过程中会出现多个波峰,第1个为主峰,其他为附峰;附峰的持续时间一般会长于主峰;水箱入口水温波动频率高于压力等其他参数.不稳定振荡发生时水箱温度均有一定的过冷度.振荡的周期性不明显,流动存在低频振荡的耦合情况.振荡周期与沸腾延迟时间正向最大偏差为71%,负向最大偏差为37%.%In order to remove decay heat safely from the drain tank,instability research experiment was carried out in thimble tube-type natural circulation loop.The observed phenomena and collected data were analyzed.The results show that the fluid flowing in the center pipe is preheated obviously.Several wave peaks appear when the liquid level goes up and down at the outlet of the heat transfer tube.The first one is called for main peak.Others are called for subordinate peaks.Duration time of subordinate peaks is often longer than that of main peak.Oscillation frequency of temperature at the inlet is higher than those of other parameters.Water in the tank is subcooled when the oscillations occur.The period of oscillation is not obvious.There exists coupling between low frequency oscillations.The positive maximum deviation between the period of oscillation and boiling delay time is 71%,and the negative maximum deviation is 37%.【期刊名称】《原子能科学技术》【年(卷),期】2016(050)006【总页数】6页(P1008-1013)【关键词】套管;自然循环;不稳定性;喷泉【作者】吴祥成;阎昌琪【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【正文语种】中文【中图分类】TL353因具有固有安全性特点(重力驱动)，非能动自然循环引起了广泛的关注。

微通道流动沸腾研究综述

微通道流动沸腾研究综述孙帅杰张程宾*东南大学能源与环境学院摘要：本文通过查阅相关文献，分别从微通道的判别标准、流型与换热机理、流动沸腾的不稳定性、临界热流密度研究这几个方面阐述并分析了目前微通道流动沸腾的研究重点与研究现状。

发现目前关于微通道流动沸腾的内在机理和工作特性的研究尚处在发展阶段，对于微通道内流动沸腾换热过程的实验现象的内在机理还存在争议，关于微通道的划分、临界热流密度的判断标准等还没有普遍的共识，仍然需要更多的研究工作来完善微通道流动沸腾理论体系。

关键词：微通道流动沸腾传热机理临界热流密度Review on Flow Boiling in MicrochannelsSUN Shuaijie,ZHANG Chengbin*School of Energy and Environment,Southeast UniversityAbstract: In this paper,the relevant literatures on flow boiling in microchannels are reviewed.The criteria of microchannel,the flow pattern and heat transfer mechanism of flow boiling in microchannels,the instability of flow boiling and the critical heat flux density are discussed to analyze the research emphases and research status of flow boiling in microchannels.Much about the underlying mechanism and operating characteristics of flow boiling in microchannels is still unknown.The theoretical description on experimental flow boiling in microchannels remains unclear,and there is no general consensus on the criterion of microchannels and critical heat flux density.Therefore, more research work should be conducted to improve the theoretical basis of flow boiling in microchannels.Keywords:microchannel,flow boiling,heat transfer mechanism,critical heat flux density收稿日期： 2020123 通讯作者：张程宾（1983~），男，博士，副教授；东南大学能源与环境学院（210096）； Email:***************.cn 基金项目：国家自然科学基金（No.51776037）随着科学技术的进步和生产需要，电子设备朝着微型化和集中化方向发展，物理尺寸的减小与元件功率的增加使电子设备的热流密度日益增高 [14]。

矩形窄缝流道流动过冷沸腾起始点的实验研究

ｌ实验装置及实验参数范围
图１一个大型热工实验装置，系统可以进行是该多种流道的沸腾换热性能、泡动力学、型、动沸气流流
腾压降、ＨＣＦ等的模拟研究。整个系统是由工质回路系统、冷却水回路、电源系统、验台架控制系统、视试监系统等组成。实验回路系统为该装置的主系统，观察并结合基础传热数据采集，出了模化工质在中压条件下，直矩通给竖
形窄缝流道内过冷流动沸腾起始点的实验结果。讨论了影响矩形窄缝流道内过冷流动沸腾起始点的各因素，Ｂｗｒｇ关系式的基础上，虑质量流速和压力对过冷流动沸腾起始点的影响，用多元线性回在ｏｅｎｉ考使
对窄缝过冷流动沸腾的换热性能、化换热机理、泡强气
热器、换热器、压器以及流量测量装置、主稳阀门、管道等组成。
氟里昂装置控制系统是由ＭｄｅｏｃＵ控制器、机系微
统、控软件和触摸屏组成的集散控制系统，监系统对压力进行自动调节控制，度在 ±２以内。试验段流量精％
窄缝造成的汽泡动力学特征与非窄缝流道内的情况有很大差异。在工程技术中，许多窄缝流动的应有用：在微电子行业中的冷却系统经常使用窄缝流道；在核反应堆工程中，作高转换反应堆、态金属冷却制液

自然水循环常见问题及防止

图10-2 均匀受热垂直上升蒸发管中两相流的流型和传热工况
（二）汽水两相流的沸腾传热恶化
1．沸腾传热恶化的现象及发生条件
（1）第一类沸腾传热恶化
➢ 现象：热负荷很高，在过冷沸腾区，汽泡生成速度过快，管中心为水，贴壁层为一圈水膜，传热恶化，壁温飞升。
➢ 条件： q>qc
（2）第二类沸腾传热恶化
三、水冷壁
（一）水冷壁的作用（4个方面）
• 水吸热转变为蒸汽； • 降低烟温，防止结渣； • 保护炉墙； • 降低锅炉造价
水冷壁安装图
二、水冷壁的结构及类型光管式（已基本不用）销钉式（特殊结构中用，如卫燃带、
流化床密相区）
膜式（广泛应用）
膜式壁
光管式销钉式
（三）水冷壁的布置
水冷壁的悬吊及热膨胀
（一）两相流动特性参数
1、流速参数
（1）质量流速单位时间内流经单位流通截面的工质质量称为质量流速
（2）循环流速
w G
F
kg/（m2∙s）
循环回路中水在饱和温度下按上升管入口截面计算的水流
速度称为循环水速
w0
G
F
w
（3）折算流速
折算蒸汽流速：
w0
D
F
V F
折算水速：
w0Leabharlann GD FV F（4）混合物流速
箱；4—水冷壁
2．循环回路的运动压头
压差公式移项并整理得 ( xj ss )gh pxj pss
（1）运动压头：回路中工质流动的推动力
S yd ( xj ss )gh
稳定流动时： Sy d pxj pss
（2）有效压头：运动压头扣除上升系统的总阻力后的剩余压头

基于不同润湿性微细通道过冷沸腾起始点(ONB)的实验研究

CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS 2018年第37卷第3期·884·化工进展基于不同润湿性微细通道过冷沸腾起始点（ONB ）的实验研究罗小平，王文，廖政标，郭峰，吴迪，张霖（华南理工大学机械与汽车工程学院，广东广州 510640）摘要：为了研究微细通道壁面润湿性对过冷沸腾起始点（ONB ）的影响，采用CuCl 2溶液刻蚀普通光滑表面微细通道得到超亲水表面微细通道，再用氟硅烷溶液修饰超亲水表面微细通道得到超疏水表面微细通道。

以R141b 为实验工质，在压力为170kPa 、质量流率302.7～417.2kg/(m 2·s)、热流密度2.17～29.9kW/m 2的工况下进行流动沸腾实验。

结果表明：超疏水表面微细通道ONB 点的过热度最低，普通光滑表面微细通道达到ONB 点所需过热度最高；随着热流密度的增大，距离出口最近的测点最先开始沸腾，达到ONB 点所需过热度也为最小；随着质量流率的增大，ONB 点的过热度逐渐增大。

本文选取了7种典型的ONB 点处壁面过热度预测公式，将实验值与公式预测值进行对比，发现HSU 模型的预测效果最好，对光滑/超亲水/超疏水表面微细通道ONB 过热度预测平均绝对误差（MAE ）值分别为13.1%、20.8%和21.5%。

为了更好地预测具有特殊润湿性表面的ONB 过热度，引入表面能参数对HSU 模型进行修正，预测精度大大提高。

关键词：壁面润湿性；过冷沸腾起始点；流动沸腾；微细通道中图分类号：TK124 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2018）03–0884–09 DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2017-1223Experimental study on onset of nucleate boiling （ONB ）in differentwettability micro-channelsLUO Xiaoping ，WANG Wen ，LIAO Zhengbiao ，GUO Feng ，WU Di ，ZHANG Lin（School of Mechanical and Automotive Engineering ，South China University of Technology ，Guangzhou 510640，Guangdong ，China ）Abstract ：Experiments were conducted to study the effect of wettability on onset of nucleate boiling （ONB ）. The super-hydrophilic surface micro-channel was obtained by etching smooth surface micro-channel with CuCl 2 solution and then modifying with fluorosilane solution subsequentially. At thepressure of 170kPa ，flow boiling experiment was carried out with R141b ，the mass flow rate is 302.7—417.2kg/(m 2·s) and heat flux is 2.17—29.9kW/m 2. The experimental results showed that the wall superheat at ONB on super-hydrophobic surface is the lowest ，and the superheat on smooth surface is the highest ，the nearest measurement point from the exit boiling at first ，and wall superheat for ONB is also the minimal ；the wall superheat for ONB increased with increasing of mass flux. Seven typical prediction formulas of wall superheat at the ONB were selected. The experimental results were compared with the predicted ones. It is concluded that the HSU’ model has the best predictive values. The predictive values for superheat at ONB on the smooth / super-hydrophilic/super-hydrophobic surface micro-channel were studied. The mean absolute error （MAE ）is 13.1%，20.8% and 21.5% respectively. In order to better predict the wall superheat at ONB on special wettability surface ，the surface energy parameters were introduced to modify HSU’ model ，and the prediction accuracy was greatly improved. Key words ：surface wettability ；onset of nucleate boiling （ONB ）；flow boiling ；micro-channel研究方向为微通道换热器相变传热、EHD 强化沸腾传热及其控制。

【国家自然科学基金】_热工水力_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140801

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换热分析拟临界温度强化传热峭度安全分析软件大破口失水事故多孔介质复杂流道图像灰度固有模态函数分解可视化包层包壳破损动态模拟功率谱二次流不均匀性 retac-prhrs retac hurst指数 athlet-sc
推荐指数 3 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2009年序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27
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二次流动事故分析丧失正常给水两相流 vof模型 relap5 lee模型 csr1000 cad ap1000
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科研热词推荐指数纵向涡 3 窄间隙矩形通道 2 热相变模型 2 汽液两相流 2 数值模拟 2 工程热物理 2 可视化 2 particle模型 2 马尔可夫链 1 颗粒有序堆积 1 非能动系统 1 非能动余热排出系统 1 附加加速度 1 辐解 1 软件 1 超临界水冷反应堆(scwr) 1 设计基准事故 1 蒸汽发生器 1 腐蚀产物 1 窄缝矩形通道 1 矩形流道 1 相变 1 狭窄通道 1 热工水力 1 溶出 1 流量 1 沸腾流动与传热 1 沸水堆 1 汽泡滑移 1 汽泡 1 水轮机 1 水化学控制 1 氧化铝 1 氧化 1 概率安全评估 1 机理模型 1 效率 1 放射性源项 1 支墩 1 损失 1 拜耳法 1 强化传热 1 强制对流 1 开发 1 应力腐蚀 1 小破口失水事故 1 实验研究 1 子集模拟 1 多孔介质 1 壁温 1 功能故障 1 仿真 1

矩形窄缝通道流动不稳定起始现象实验研究

２实验装置
本次实验在中国核动力研究设计院空泡物理和自然循环重点实验室热工实验小回路上完成，该回路为高温高压闭式回路，实验回路流程如图ｌ所示。回路中的去离子水经主泵后分两部分，
一
形窄缝通道内过冷水的静态水动力特性曲线。采用无量纲数（ＡＡ）＝／得到了ＯＩＦ点与其它参数的关系。比率是由矩形通道结构决定的常
情况下对ＯＩＦ点质量流速和热流密度作对应曲线（３。由图３图）可明显地看出：Ｆ点的热流密度ＯＩ
图１实验回路流程示意图
Ｆｇ１Ｓｈｍａｉａｒｍｆｔｅｓｏｉ．ｃｅｔｃＤｉｇａｏｔｈＴｅＬｏｐ
图２实验段结构图
４０Ｗ／时，其预测偏差在土００ｋｍ１％以内。用ＯＩＦ点的热流密度与出口达到饱和时的热流密度之间的关系拟合得到经验关系式：当热流密度低于４０Ｗ／０ｋｍ时，其预测偏差在土１％以内；在热流密度高于４０Ｗ／时，５０ｋｍ
其预测偏差在土％以内。５
数。文献【通过比较其实验参数范围内加热通道３】发生ＯＩＦ时和通道出口刚好达到饱和时的质量流速和热流密度，得到该参数范围内比较准确的ＯＩＦ点经验关系式：０＝．ｓ。ＧＦ１ａ文献【继续上ｒ１Ｇｔ１４】述工作，针对低质量流速【２～９ｋ／２）Ｐ２Ｏ７０ｇ（．】Ｐｍｓ（数１ ×０．×０）．ｌ３１开展了研究工作，得到如下５～６计算关系式：０＝．ＧＦ０Ｇ。ｒ９。文献【５】以水和甲醇为工质，在质量流速２－２０ｇ（２・）０，０ｋ／－１ｍｓ，人１温：３

受热管内流动过冷沸腾的研究

受热管内流动过冷沸腾的研究
,其中热管内流动的过冷沸腾指的是由于冷却过程中的多相平衡的改变，热管内的流体可以在冷却的过程中沸腾而形成蒸汽，而沸腾过程中的
温度低于其沸点温度，这是一个复杂而有趣的热流体物理现象。

研究热管内流动过冷沸腾的第一步是对它的本质特性进行详细的分析，以及对其影响因素的深入研究。

热管内流动的过冷沸腾受流体性质、热管
的形状和尺寸以及热传导和热对流等因素的影响。

此外，还需要考虑到流
体运动的影响，如流体速度和流动模式等。

此外，研究热管内流动过冷沸腾还需要考虑实验设计及对非稳定性的
表征等。

为了研究热管内过冷沸腾，需要采用合适的实验设施和方法，例
如热量测量仪器、电子加热器、可视化设备等。

它也可以用来研究非稳定
性行为，特别是当流体的内质量在热管内流动时出现的涡流层泡沫行为。

矩形窄缝通道内流动不稳定起始点计算模型评价

提出了ＯＶ点预测关系式。Ｓ
收稿日期：２０４１００７）－；修回日期：２０４５２３０７．５）
基金项目：空泡物理和自然循环国家重点实验室基金资助
维普资讯
ｌ２Ｏ
核动力工程
Ｖｌ９ＮＯＩ２００２ｌ＿．．．０８
．
性的影响上提出了预测过冷过度沸腾的ＯＩ的Ｆ点模型。理论与Ｓｈ－ｕｅ模型对比发现。ＳａｔｎａａＺｂｒｔｎｏ数与Ｐｃｔ不是一一对应的关系。针对他所用ｅｌ数ｅ到的几何参数和运行条件，提出了一个简单的一维计算ＯＦ点参数的计算式：ＩＳ＝．６ｅ。ｔ００Ｐ ‘ ７ ‘
２实验结果简述
本文所用到的１１组数据点覆盖的参数范３
围如下：系统压力：ｌ、６１、１ａ、３、０５ＭＰ；质
加热通道的静态不稳定性可以用其静态水动
力特性曲线来分析，动不稳定起始点（Ｆ）流ＯＩ被定
义为静态水动力特性曲线的相对最低点【。通道ｌ】
维普资讯
第２９卷
第１期
核动力工程
ＮｕｌａｗｅｇｎｅｉｇｃｅｒＰｏｒＥｎｉｅｒｎ
Ｖ．２．Ｎｏ１ｂＩ８．Ｆｂ０８ｅ．２０
２００８年２月
文章编号：０５－９６２０）１００－５２８０２（０８０－１１０
矩形窄通道内流动不稳定起始点计算模型评价缝
王艳林，黄彦平，卢冬华

含内热源多孔介质内流动不稳定起始点特性研究

ｉｎＰｏｒｏｕｓＭｅｄｉａＣｈａｎｎｅｌＷｉｔｈＩｎｔｅｒｎａｌＨｅａｔＳｏｕｒｃｅ
ＸＵＧｕａｎｇ — ｚｈａｎ，ＳＵＮＺｈｏｎｇ — ｎｉｎｇ，ＭＥＮＧＸｉａｎ — ｋｅ，ＺＨＡＮＧＸｉａｏ — ｎｉｎｇ
对其流动不稳定性及不稳定起始点进行研究。
１实验
徐广展，孙中宁，孟现珂，张小宁
（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）
摘要：针对多孑Ｌ介质内流动不稳定起始点特性进行了实验研究。研究结果表明：热流密度越大，系统稳
（ＮａｔｉｏｎａｌＫｅｙＤｉｓｃｉｐｌｉｎｅＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＮｕｃｌｅａｒＳａｆｅｔｙａｎｄＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，
ＨａｒｂｉｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｒｂｉｎ１５０００１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｏｎｓｅｔｏｆｆｌｏｗｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙ（ＯＦＩ）ｉｎｔｈｅｐｏｒｏｕｓｍｅｄｉａｗｉｔｈｉｎｔｅｒｎａｌｈｅａｔｓｏｕｒｃｅｗａｓｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｌｙ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｈｉｇｈｅｒｔｈｅｈｅａｔｆｌｕｘｉｓ，ｔｈｅｗｅａｋｅｒｔｈｅｓｙｓｔｅｍｓｔａｂｉｌｉｔｙｉｓ；ａｎｄｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｉｎｌｅｔｓｕｂｃｏｏｌｉｎｇｏｎｓｙｓｔｅｍｓｔａｂｉｌｉｔｙｉｓｎｏｎ — ｍｏｎｏｔｏｎｏｕｓ．Ａｎｅｗｇ０ＦＩｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｗａｓｏｂｔａｉｎｅｄｂｙａｎａｌｙｚｉｎｇｔｈｅｅｘｐｅｒ —

过冷沸腾发生的条件

过冷沸腾发生的条件
嘿，咱今天就来聊聊过冷沸腾发生的条件哈。

你知道不，这过冷沸腾就像是一场奇妙的“魔术表演”。

要让这场“魔术”发生，那得有几个关键条件呢。

首先呀，温度得够特别，就像天气得冷到一定程度，才能有那种奇妙的变化。

这温度得低得恰到好处，不能太冷也不能太热，不然这“魔术”可就玩不转啦。

然后呢，压力也很重要哦。

就好像你骑自行车，轮胎的气不能太多也不能太少，得刚刚好。

压力不合适的话，过冷沸腾就只能在一边干瞪眼，没法出现啦。

还有哦，这介质也得选对。

就跟你找朋友似的，得找个能和你玩到一块儿的。

要是介质不对，那过冷沸腾也没法好好“表演”啦。

想象一下哈，温度、压力和介质，这三者就像是三个小伙伴，得齐心协力才能让过冷沸腾这个“大明星”闪亮登场。

要是它们闹别扭了，那可就没戏咯。

哎呀，你说这过冷沸腾的条件是不是挺有意思的呀。

有时候我就想，大自然还真神奇，能搞出这么多奇妙的现象。

咱可得好好研究研究，说不定哪天还能发现更多好玩的呢。

总之呀，要想看到过冷沸腾这场“精彩演出”，就得把温度、压力和介质都照顾好，让它们好好配合。

这样，我们就能欣赏到这神奇的一幕啦。

嘿嘿，说了这么多，其实就是想让你对过冷沸腾发生的条件有个更清楚的认识。

就像咱过日子一样，得方方面面都考虑到，才能过得顺顺利利的。

希望你以后再遇到过冷沸腾的时候，能想起我今天说的这些话，然后笑着说：“哦，原来这就是过冷沸腾呀！”
好啦，就说到这儿啦，下次再聊别的好玩的事儿哈！。