PDF《超蒸发表面结构应用于 ERVC 增强的初步实验研究》

随着方位角 θ 增加,汽泡排出条件 与换热条件显著改善,相同热流下壁温可更低. 考虑到熔融物重定位形成下封头内熔池时其外壁 热流随方位角 θ 的分布趋势,上述沸腾换热能力 随方位角 θ 增加而增加的趋势是适宜的. 图7给出了在本体分别位于弧形流道中 θ= 7.5°、37.5°、67.5°以及 82.5°处时,所测得的开槽面 的临界热通量 CHF 值.可以看到,随着方位角 θ 的增加,加热表面及槽道内汽泡的排出越来越 容易,蒸汽越难存积,因此 CHF 也逐渐增大,且CHF 随方位角的增加先快速增加,而后增加趋缓. ? ? 图7????开槽面不同方位角 θ 处的 CHF 值?图

8、9 给出了本体安装方位角 q 分别为 7.5°、 82.5°时,其开槽面上典型沸腾换热过程的可视化 图像.由图 8?(a)、(c)、(e) 可以看到,方位角 θ?=7.5° 时,在较低热负荷 (0.137?MW/m

2 ) 下,开槽面上先 在槽内产生孤立蒸汽泡,后合并积累成条状汽 团,直至充满整个槽道,此为 聚汽 阶段;

同时, 因方位角 θ=7.5°较低,本体表面几乎朝下,汽泡受 肋的阻碍不易脱出;

最后,被槽外过冷液体携带 沿主流 (图中从右至左) 冲出槽道并凝结,此为 排汽 与 凝结 阶段,槽中汽团依次被 清除 ,沸腾 过程呈典型的超蒸发效应.整个周期计约 2s,为 间歇性扰动过程. ? ? 图8????开槽面方位角 7.5°处不同热负荷下的可视化图像 ? 图9????开槽表面方位角 82.5°处不同热负荷下的可视化图像 ? 在图 8(b)、(d)、(f) 中,本体加热面的方位角 q 仍为 7.5°,但热负荷较高 (0.70?MW/m

2 ),接近该 角度处 CHF.因热负荷高,汽泡生成速率大,槽 内很快 聚汽 成条状汽团,随后大块 排汽 冲出 槽道,推动主流 凝结 清除槽道,冷液重新充填. 整个周期典型计约 0.33?s,远快于低热负荷时的情 况,间歇扰动十分剧烈,换热更有效. 再增加一点热负荷,槽内 聚汽 更快, 排汽―凝结 过程提前,当 聚汽 连续不断,而 排汽 凝结 过程无法与之相匹配时,即出现温度飞升,发生 CHF. 图9给出了方位角 q?=82.5°时,不同热负荷下 开槽面上的沸腾传输过程观测图像.可以看到: 在低热负荷下 (0.114?MW/m

2 ), 聚汽 中因汽泡产 生率低,且因方位角较高而 排汽 及 凝结 较容 易,汽泡多在产生后逐个脱离排出,因此基本上 无法看到条状汽团充满槽内, 排汽―凝结 过程 比较连续,几乎没有典型的周期.显然由于排汽 的改善,此高角度处的沸腾换热能力及其限值 CHF 要高于低 θ 处.在高热负荷工况 (1.431?MW/m

2 ), 聚汽 过程随着蒸汽产生率的增加,也出现了充 满槽道的大块汽团.在随后的 排汽 与 凝结 阶 段中,此汽团得以清除.由于热负荷更高及槽肋 阻力更小,典型的沸腾周期短至 0.25?s,换热能力 更强,直至更高热负荷下达到 CHF. 3.2????ERVC 条件下开槽面相对于光滑面的沸腾增强 图10 给出了在本体分别位于弧形流道中 θ= 7.5°、37.5°、67.5°以及 82.5°处的各次实验中,于不 同加热功率水平下得到的临界前沸腾过程中开槽 及光滑面热流 qw 随壁面过热度 ΔT=Tw?Tsat 的变化 (图中各次最后一个实验点为非常接近 CHF 的上 一个加热步长的值).由图

10 可知,开槽面与光 滑面相比,其沸腾曲线的泡核沸腾区段是显著左 移了,说明在相同的 ERVC 熔池热负荷条件下,比第?3?期 徐辉,等:超蒸发表面结构应用于 ERVC 增强的初步实验研究 ・113・ 起光滑面来,开槽面壁温 (壁面过热度) 要显著地 低一些;