沸腾换热实验装置测量原理(技术:R717 在小管径内流动沸腾换热特性)

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沸腾换热实验装置测量原理(技术:R717 在小管径内流动沸腾换热特性)

2. 1 干度计算

预热器中的加热量计算:


2. 2 表面传热系数计算

局部表面传热系数:


2. 3 摩擦压降计算


2. 4 不确定度分析

由于测量仪器的限制、实验条件的影响、测量方法的问题,实验中不可避免会产生误差。不确定度是 指由于测量误差的存在,对实验结果不能肯定的程度。本文根据 R.J. Moffat的误差传递分析方法对实验数据的不确定度进行分析。测量参数不确定度如表 2 所示,计算可得表面传热系数的不确定度为 ± 8.3%


3. 1 表面传热系数

3 所示为在 4 mm 管内饱和温度为 5 ℃工况下,流动沸腾表面传热系数在不同质量流速和热流密度下随干度的变化。


由图 3 可知,流动沸腾表面传热系数随着干度的增加而增加。且质量流速越大,表面传热系数越大,这是由于对流蒸发换热增大导致。表面传热系数从质量流速为50 kg /( m2 ·s) 80 kg /( m2 ·s) 的增长幅度远大于从 80 kg /( m2 ·s) 100 kg /( m2 ·s) 的增长幅度。


该特性可以通过不同质量流速下流型的转变解释。质量流速为 50 kg /( m2 ·s) 时,流型在全干度范围内主要为分层波状流。当质量流速增至80 kg /( m2 ·s) 100 kg /( m2 ·s) 后,流型将在一定干度下从分层波状流转变为环状流,且质量流速越大, 转变时的干度越小。

随着干度的增加,对流蒸发增强,而核态沸腾被抑制。且质量流量越大,核态沸腾抑制发生的越早,导致不同质量流速下的流动沸腾表面传热系数在高干度区域相接近。

对比图 3( a) 3( b) 可知,热流密度增大可以增大流动沸腾表面传热系数,同时可以减弱对核态沸腾的抑制。这是因为高热流密度可以激活更多的成核点,加速气泡的产生和从壁面的脱离,强化了核态沸腾换热。


此外,根据 K.E.Gungor 等的预测模型可知,热流密度越大,沸腾数 Bo = q /( GHlv ) 越大,而沸腾数的增大使对流蒸发换热的强化因子变大,进而强化对流蒸发换热。热流密度对流动沸腾表面传热系数的影响是这两者共同作用的结果。

3. 2 摩擦压降

4 所示为在 4 mm 管内饱和温度为 5. 5 时,两相摩擦压力梯度在不同质量流速下随干度的化。由图 4 可知,对于不同质量流速,两相摩擦压降均随干度的增加而增大,这是由于随着干度的增加, 管内的流速增大造成的。但两相摩擦压降增大的速率在低干度区域要高于高干度区域。此外,在固定干度下两相摩擦压降呈现出随质量流速增大而增大的趋势。这是由于质量流速增大会引起气相和液相的 速度显著增大导致。


本文得到以下结论:

1) 流动沸腾表面传热系数随着干度的增加而增大。且质量流速越大,流动沸腾表面传热系数越大,但当流型转换到环状流后,表面传热系数的增大趋势减缓。增大热流密度可使流动沸腾表面传热系数增大,同时可以减弱对核态沸腾的抑制。

2) 随着干度的增大,两相摩擦压降增大,但在高干度区域两相摩擦压降增大的速率减缓。干度相同时,两相摩擦压降随质量流速的增大而增大,这是由于质量流速增大会引起气相和液相的速度显著增大导致。




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