雙面加熱環(huán)形窄縫通道內(nèi)流動(dòng)沸騰干涸點(diǎn)實(shí)驗(yàn)研究

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1、第24卷第6期核動(dòng)力工程Vol.24.No.62003年12月NuclearPowerEngineeringDec.2003文章編號(hào)：0258-0926(2003)06-0526-05雙面加熱環(huán)形窄縫通道內(nèi)流動(dòng)沸騰干涸點(diǎn)實(shí)驗(yàn)研究吳鴿平，吳埃敏，田文喜，李浩，賈斗南，蘇光輝，秋穗正（西安交通大學(xué)能動(dòng)學(xué)院，710049）摘要：在間隙分別為2.0mm和1.5mm的垂直環(huán)形窄縫通道內(nèi)，流體自下而上流動(dòng)。本文通過(guò)對(duì)內(nèi)外管的雙面通電加熱來(lái)加熱流體，進(jìn)行環(huán)形窄縫通道內(nèi)干涸點(diǎn)測(cè)定的實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)壓力范圍為2～4MPa，質(zhì)-2-1量流速為40～80kg·m·s。采用原蘇聯(lián)古塔杰拉奇普通圓管的干涸點(diǎn)公式的形式對(duì)

2、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到了經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式，并對(duì)其進(jìn)行修正，得到了適合于計(jì)算環(huán)形管道干涸點(diǎn)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式。關(guān)鍵詞：環(huán)形窄縫；干涸點(diǎn)；雙面加熱中圖分類號(hào)：TL333文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A1前言的流程簡(jiǎn)圖如圖1所示。窄縫通道具有強(qiáng)化換熱和結(jié)構(gòu)緊湊的特點(diǎn)，2.2實(shí)驗(yàn)工作段因此，窄縫換熱在工程技術(shù)的許多方面得到了較實(shí)驗(yàn)工作段主要由內(nèi)管(φ9′1mm或?yàn)閺V泛的應(yīng)用。在管內(nèi)汽液兩相強(qiáng)迫流動(dòng)沸騰區(qū)φ8′1mm)和外管(φ16′2mm)形成具有域中，當(dāng)熱流密度較低時(shí)，在高干度區(qū)(環(huán)狀流動(dòng)1.5mm(或2.0mm)間隙的同心環(huán)形窄縫通道。其區(qū))，由于液膜撕裂或蒸干會(huì)產(chǎn)生干涸現(xiàn)象[1]。干結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖2所示。涸點(diǎn)即為剛開(kāi)始產(chǎn)生這

3、一現(xiàn)象的特征點(diǎn)。通過(guò)對(duì)干涸點(diǎn)的測(cè)定，可以區(qū)分沸騰傳熱區(qū)域和干涸后傳熱區(qū)域，為在不同的傳熱區(qū)域內(nèi)選用不同的傳熱系數(shù)提供了前提，這在工程設(shè)計(jì)階段具有非常重要的意義。同時(shí)，由于干涸點(diǎn)處的傳熱急劇惡化，會(huì)使壁溫迅速上升，這會(huì)造成某些傳熱設(shè)備在干涸點(diǎn)附近發(fā)生慢燒毀現(xiàn)象，從而對(duì)傳熱設(shè)備的安全運(yùn)行構(gòu)成很大的威脅。因此，開(kāi)展環(huán)形窄縫通道干涸點(diǎn)測(cè)定的實(shí)驗(yàn)研究，對(duì)于環(huán)形窄縫的工程應(yīng)用和環(huán)形窄縫型傳熱設(shè)備的安全運(yùn)行都具圖1實(shí)驗(yàn)回路簡(jiǎn)圖有非常重要的意義。Fig.1SchematicofTestLoop1——主泵；2——穩(wěn)壓器；3——蛇型預(yù)熱器；4——流量計(jì)；5～9——U型預(yù)熱器；10——壓力傳感器；11——實(shí)驗(yàn)2實(shí)

4、驗(yàn)回路與實(shí)驗(yàn)段段；12——實(shí)驗(yàn)段差壓變送器；13——冷卻器；14——一次側(cè)進(jìn)水系統(tǒng)；15——高點(diǎn)排氣；16——穩(wěn)壓器進(jìn)氣系統(tǒng)；2.1實(shí)驗(yàn)回路P——壓力表；T——溫度測(cè)點(diǎn)本實(shí)驗(yàn)研究是在西安交通大學(xué)核能與熱能工程系的高壓熱工水力實(shí)驗(yàn)回路上進(jìn)行的。回路收稿日期：2002-08-09；修回日期：2003-03-05基金項(xiàng)目：本文得到了中國(guó)核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院空泡物理與自然循環(huán)國(guó)家級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基金項(xiàng)目(98JS86.8.1JW0802)資助，也得到了西安交通大學(xué)動(dòng)力工程多項(xiàng)流國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)經(jīng)費(fèi)資助吳鴿平等：雙面加熱環(huán)形窄縫通道內(nèi)流動(dòng)沸騰干涸點(diǎn)實(shí)驗(yàn)研究527的保溫層外纏繞鎧裝加熱絲，然后在加熱絲外再包覆

5、保溫層。通過(guò)直接通電的方式對(duì)實(shí)驗(yàn)工作段的內(nèi)外管進(jìn)行加熱，可以分別達(dá)到內(nèi)外管可變熱流密度的加熱條件。3實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理3.1前蘇聯(lián)的干涸點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)公式目前研究一般認(rèn)為：在一定的工況范圍內(nèi)，當(dāng)主流不再向微薄液膜沉降水滴，微薄液膜蒸發(fā)完時(shí)即產(chǎn)生干涸。干涸點(diǎn)的特征量是干涸含汽量XDO，即當(dāng)流道內(nèi)流體的含汽量達(dá)到臨界含汽量時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生干涸現(xiàn)象。根據(jù)以上理論，原蘇聯(lián)學(xué)者古塔杰拉奇(Кутателадзе)給出了一個(gè)計(jì)算直徑為8mm的圓管內(nèi)干涸點(diǎn)處含汽量的關(guān)系式-45wX=0.3+0.7e(1)DO圖2實(shí)驗(yàn)工作段1Fig.2TestSectionoftheAssemblyGm￠?r￠?3w=??÷÷(2)sr￠

6、èr￠￠?實(shí)驗(yàn)工作段外管的外壁溫度用鎳鉻-鎳硅熱式中，ω為實(shí)驗(yàn)中計(jì)算的無(wú)量綱參量；G為質(zhì)量電偶測(cè)量。沿實(shí)驗(yàn)工作段高度每隔25mm設(shè)置一-2-1流速，kg·m·s；m￠為實(shí)驗(yàn)壓力下飽和水的個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)，在同一個(gè)高度的圓周截面上，每隔-2動(dòng)力粘度，N·s·m；r￠為實(shí)驗(yàn)壓力下飽和水90°點(diǎn)焊一副熱電偶。-3的密度，kg·m；r￠為實(shí)驗(yàn)壓力下飽和蒸汽的在穩(wěn)定工況下，由傳熱條件，可以認(rèn)為內(nèi)管-3-1密度，kg·m；σ為表面張力，N·m。孔腔沿徑向是絕熱的，孔腔里沿高度的溫度分布對(duì)于以上公式，當(dāng)管徑(d)不是8mm時(shí)，前也就是內(nèi)管內(nèi)壁溫沿高度的溫度分布。因此，實(shí)全蘇熱工研究院認(rèn)為，對(duì)于管徑d=4～15m

7、m可驗(yàn)段內(nèi)管的內(nèi)壁溫度的測(cè)量，可以用事先做好的、按下式修正0.150.15其測(cè)點(diǎn)位置與外管熱電偶相對(duì)應(yīng)的φ0.5mm熱電XDOd=XDO,8d8=常數(shù)(3)偶組成的組件插入內(nèi)管的正確位置進(jìn)行。3.2干涸點(diǎn)的確定為進(jìn)一步提高實(shí)驗(yàn)段入口的焓值，在實(shí)驗(yàn)段根據(jù)干涸點(diǎn)處的傳熱機(jī)理，在干涸點(diǎn)處壁面入口處放置一加熱銅塊(一紫銅圓柱體)；在它的溫度會(huì)急劇升高。通過(guò)分布于實(shí)驗(yàn)段內(nèi)管和外管外圍沿周向均分地開(kāi)有10個(gè)孔，每個(gè)孔中放