流動沸騰臨界熱流密度的流體?;芯?pdf_第1頁
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文檔簡介

1、臨界熱流密度(critical heat flux,CHF)是加熱壁面溫度飛升引起燒毀前所能承受的最大熱流密度。CHF是鍋爐、核反應(yīng)堆等的熱工水力工況研究中的重要課題之一。CHF可分為池沸騰CHF和流動沸騰CHF兩種,本文的研究內(nèi)容屬于流動沸騰CHF的范疇。與池沸騰CHF不同的是,流動沸騰的CHF明顯受到工質(zhì)流動狀態(tài)的影響,機理更為復(fù)雜。由于目前理論模型的局限,還無法用較精確的數(shù)學(xué)模型對CHF進行描述,實驗是CHF的主要研究方法。以水作

2、為工質(zhì)進行CHF的實驗研究,突出的缺點是由于水的高潛熱和高的壓力和溫度,對實驗系統(tǒng)提出了非??量痰囊?,且實驗花費巨大。運用CHF的流體模化技術(shù),用實驗壓力、溫度和氣化潛熱都低很多的制冷工質(zhì)代替水進行CHF實驗研究,不僅可以克服上述缺點,而且便于使用各種先進的測試設(shè)備,對CHF現(xiàn)象展開深入系統(tǒng)的研究。由于R134a的綠色環(huán)保品質(zhì),較低的實驗壓力、溫度及氣化潛熱等,使其成為一種較理想的流體模化工質(zhì)。本文的主要研究內(nèi)容為:采用?;べ|(zhì)R13

3、4a對水在目前鍋爐水冷壁、核反應(yīng)堆蒸汽發(fā)生器中常見的流道形式,包括豎直管、水平管及螺旋管中的流動沸騰CHF進行流體?;芯?,以加深對現(xiàn)有CHF流體?;椒ㄔ谏鲜霾煌愋土鞯乐械倪m用效果的清晰認識,并在此基礎(chǔ)上發(fā)展更高精度的適用于這些流道的基于R134a和水的流動沸騰CHF流體?;夹g(shù)。
   本文首先對現(xiàn)有的流動沸騰CHF流體模化方法進行了綜述,分別闡述了到目前為止比較成功的CHF流體?;P?Ahmad模型、Katto模型、魯

4、鐘琪模型和Stevens-Kirby模型的發(fā)展過程,對這些模型的求解思路進行了詳細分析,對各模型需要滿足的模化相似條件包括幾何相似、水力相似、熱力相似及流量相似進行了分析比較,進而詳細闡述了運用這些模型進行流體?;治龅挠嬎惴椒?。對R134a和水之間的CHF流體?;镄詤?shù)進行了詳細的計算分析,分別得出了Ahmad模型、Katto模型和魯鐘琪模型在不同工況下的流量模化因子和CHF模化因子,將計算結(jié)果制成了查詢表,為有效利用現(xiàn)有的流動沸騰

5、CHF數(shù)據(jù)對目前的流體模型進行?;Чu價,以及通過CHF?;瘜嶒瀸ΜF(xiàn)有的流體模化方法進行?;Ч炞C等提供了極大的便利。
   在對目前的流動沸騰CHF流體?;椒ㄟM行檢驗評價時,獲得準確的R134a管內(nèi)流動沸騰CHF數(shù)據(jù)對于驗證結(jié)果的有效性無疑具有關(guān)鍵的作用,因而在進行R134a的流動沸騰CHF實驗時,確保CHF實驗數(shù)據(jù)的準確性至關(guān)重要。本文的實驗研究是在山東大學(xué)制冷與低溫研究所的汽液兩相流動與沸騰傳熱實驗臺上進行的。在保證

6、盡量小的溫度、壓力、質(zhì)量流量、電流、電壓等參數(shù)測量誤差的基礎(chǔ)上,設(shè)計進行了比較精確的熱平衡實驗,利用純液相水的加熱循環(huán)來進行熱損失的精確標定,避開了復(fù)雜且誤差較高的兩相流參數(shù)計算,保證實驗獲得的流動沸騰CHF數(shù)據(jù)更加可靠;利用Agilent3498數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)配合計算機編程的方法制定了判斷CHF發(fā)生的控制程序,對CHF的發(fā)生進行準確的判斷和記錄。本文的實驗研究獲得了大量R134a在豎直圓管、水平圓管以及臥式螺旋管內(nèi)的流動沸騰CHF數(shù)據(jù),

7、為對現(xiàn)有的流動沸騰CHF流體?;夹g(shù)進行分析與評價,提供了較準確可靠的數(shù)據(jù)支持。
   進行豎直圓管內(nèi)流動沸騰的CHF流體模化研究,對豎直管內(nèi)的CHF參數(shù)趨勢進行了簡單分析,得出了實驗工況下豎直管內(nèi)CHF的主要影響因素。在進行現(xiàn)有CHF流體?;椒▽τ谪Q直圓管內(nèi)流動沸騰CHF流體模化效果的分析評價時,用來與本實驗R134a的CHF數(shù)據(jù)進行?;瘜Ρ确治龅乃腃HF數(shù)據(jù),一部分直接來自現(xiàn)有水的CHF實驗,另一部分由Bowring的經(jīng)

8、典CHF預(yù)測關(guān)聯(lián)式計算得出。本文給出了滿足CHF流體?;嗨茥l件下沸騰數(shù)隨各模型流量模化參數(shù)變化的趨勢圖,研究結(jié)果表明目前比較成功的CHF流體?;椒ɑ旧线m用于豎直圓管內(nèi)R134a與水之間的CHF流體模化。
   進行水平圓管內(nèi)的CHF流體模化研究,分析探討了水平圓管內(nèi)CHF的參數(shù)趨勢,對Ahmad模型、Katto模型、魯鐘琪模型和Stevens-Kirby模型應(yīng)用于水平圓管內(nèi)流動沸騰CHF的流體?;ЧM行檢驗與評價,分析探

9、討了質(zhì)量流速、液氣密度比、入口干度等參數(shù)的變化對各模型計算精度的影響規(guī)律。在分析各模型流體?;Ч幕A(chǔ)上,結(jié)合水平圓管內(nèi)的分層現(xiàn)象對CHF的影響,重點論述了水平圓管內(nèi)流動沸騰CHF流體?;路椒ǖ陌l(fā)展思路,新方法在Katto模型的基礎(chǔ)上,引入反映水平圓管內(nèi)流動沸騰分層現(xiàn)象的修正的弗雷德數(shù),提出了CHF流體?;男铝髁肯嗨茰蕜t數(shù),數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明,應(yīng)用新方法對實驗參數(shù)范圍內(nèi)水平圓管流動沸騰CHF的?;仍凇?5%左右。
  

10、同直管相比,以螺旋管為代表的曲線管具有傳熱效率高、結(jié)構(gòu)緊湊的優(yōu)點,是近年來發(fā)展的新型換熱設(shè)備。分別運用Ahmad模型、Katto模型、魯鐘琪模型和Stevens-Kirby模型對臥式螺旋管內(nèi)R134a與水的CHF數(shù)據(jù)進行流體模化分析,給出了不同CHF?;嗨茥l件下R134a與水在“沸騰數(shù)—CHF流量?;瘏?shù)”坐標下的數(shù)據(jù)對比,得出了不同參數(shù)范圍內(nèi)各模型對于臥式螺旋管CHF的流體?;嬎闫?。分析發(fā)現(xiàn)臥式螺旋管CHF的流量模化因子受質(zhì)量流

11、量、壓力及入口干度等參數(shù)的影響比較明顯,通過對實驗數(shù)據(jù)的回歸分析,本研究提出了臥式螺旋管CHF流量?;蜃拥慕?jīng)驗關(guān)聯(lián)式,發(fā)展了臥式螺旋管內(nèi)流動沸騰CHF的流體?;路椒āS嬎憬Y(jié)果表明,采用新?;椒▽嶒瀰?shù)范圍內(nèi)臥式螺旋管CHF的流體?;嬎闫钤凇?0%以內(nèi)。
   總之,本文在實驗研究的基礎(chǔ)上,對目前的流動沸騰CHF流體?;椒☉?yīng)用于豎直圓管、水平圓管和臥式螺旋管的CHF流體?;ЧM行了綜合分析與評價,發(fā)展了新的分別適用

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