PDF《池内过冷核沸腾表面活化核心密度的研究》

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1999205214 基金项目 : 国家自然科学基金资助项目(59706007) 作者简介 : 吴玉庭(1970 - ) ,男 ,河北井陉人 ,博士生 ,100083 ,北京.

池内过冷核沸腾表面活化核心密度的研究 吴玉庭 袁修干 杨春信 (北京航空航天大学 飞行器设计与应用力学系) 马重芳 (北京工业大学) 摘要:为研究在过冷沸腾条件下的加热表面的活化核心密度尺度分布是 否具有分形特征 ,运用核态沸腾换热机理模型对不同过冷度下的

4 种不锈钢换热表 面的活化核心密度进行了预测. 结果表明 :对于特定的沸腾表面 ,过冷度不影响活化 核心密度曲线的形式 ,预测曲线与作者提出的加热表面活化核心密度的分形描述相 一致 ,从而进一步证明了该结论具有普遍性. 关键词:过冷 ;

沸腾 ;

传热 ;

活化核心 ;

分形 中图分类号 : TK

124 文献标识码 : A 文章编号:100125965(2000)

0520581203 符号表A―――加热壁面的总面积 ,m2 ;

cp ― ― ― 液体的比热 ,J/ (kg・ ℃ ) ;

Dd ― ― ― 气泡的脱离直径 ,m;

hf ― ― ― 液体的蒸发潜热 ,J/ kg ;

k ― ― ― 脱离气泡影响面积系数;

kl ― ― ― 液体的导热系数 ,W/ (m・ ℃ ) ;

Ja ― ― ― 雅可比准则数;

n ― ― ― 活化核心密度 ,个/ m2 ;

r ― ― ― 最小可活化核心半径 ,m;

q ― ― ― 加热表面的热流密度 ,W/ m2 ;

qn ― ― ― 自然对流换热热流密度 ,W/ m2 ;

qb ― ― ― 冷液体与表面的接触换热热流密度 ,W/ m2 ;

qe ― ― ― 微液层的蒸发换热热流密度 ,W/ m2 ;

Rd ― ― ― 气泡的脱离半径 ,m;

τ g ― ― ― 气泡的生长时间 ,s ;

τ w ― ― ― 气泡的等待时间 ,s;

Tw、 Tl ― ― ― 固体和液体的温度 , K;

Ts ― ― ― 液体的饱和温度 , K;

ΔT ― ― ― 加热表面的过热度 , K;

ΔTc ― ― ― 液体的过冷度 , K;

μl ― ― ― 液体的粘性系数 ,kg/ (m・ s) ;

σ― ― ― 液体的表面张力 ,N/ m;

ρ l 、 ρ v ― ― ― 液体和气体的密度 ,kg/ m3 ;

β― ― ― 液体的体积膨胀系数 ,1/ K.

1 基本考虑 活化核心密度是核态沸腾过程的一个重要参 数. 几乎所有的核态沸腾换热机理模型都包含这 一参数. 在过去的几十年中 ,许多学者对此进行了 大量研究 ,提出了一些定量关系式 ,但至今尚未有 统一说法 ,这就限制了上述换热机理模型的应用. 许多试验证实活化核心密度是反映沸腾表面 特性的参数 ,但如何定量描述活化核心密度则是 至今还未解决的一个难题. 前人曾尝试应用粗糙 度、 统计分析等方法来描述表面的活化核心密度 分布 ,但都未成功. 最近 ,作者提出用分形理论来 描述加热表面活化核心分布密度[1] ,正则的活化 核心密度的分形分布应是 d n d r = c1 r - m (1) 但上述结论是否具有普遍意义 ,还需进行广 泛和深入的研究工作. 由于活化核心密度的测量 非常困难 ,直接的测量结果很少 ,而q和ΔT 的试 验数据则很多 ,因此 ,作者最近提出如能用沸腾换 热机理模型预测活化核心密度 ,则可在更广泛的 意义上比较和验证描述活化核心密度的各种方 法 ,从而找到描述活化核心密度的正确方法 ,并且 已用沸腾换热机理模型对不同液体、 不同压力下 的多种沸腾表面的活化核心密度进行了预测 ,验 证了用这种方法预测活化核心密度的可靠性[2] .