双面加热环形窄缝通道内流动沸腾干涸点实验研究

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1、第24卷第6期核动力工程Vol.24.No.62003年12月NuclearPowerEngineeringDec.2003文章编号：0258-0926(2003)06-0526-05双面加热环形窄缝通道内流动沸腾干涸点实验研究吴鸽平，吴埃敏，田文喜，李浩，贾斗南，苏光辉，秋穗正（西安交通大学能动学院，710049）摘要：在间隙分别为2.0mm和1.5mm的垂直环形窄缝通道内，流体自下而上流动。本文通过对内外管的双面通电加热来加热流体，进行环形窄缝通道内干涸点测定的实验研究。实验压力范围为2～4MPa，质-2-1量流速为40～80kg·m·s。采用原苏联古塔杰拉奇普通圆管的干涸点公式的形式对

2、实验数据进行处理，得到了经验关系式，并对其进行修正，得到了适合于计算环形管道干涸点的经验关系式。关键词：环形窄缝；干涸点；双面加热中图分类号：TL333文献标识码：A1前言的流程简图如图1所示。窄缝通道具有强化换热和结构紧凑的特点，2.2实验工作段因此，窄缝换热在工程技术的许多方面得到了较实验工作段主要由内管(φ9´1mm或为广泛的应用。在管内汽液两相强迫流动沸腾区φ8´1mm)和外管(φ16´2mm)形成具有域中，当热流密度较低时，在高干度区(环状流动1.5mm(或2.0mm)间隙的同心环形窄缝通道。其区)，由于液膜撕裂或蒸干会产生干涸现象[1]。干结构简图如图2所示。涸点即为刚开始产生这

3、一现象的特征点。通过对干涸点的测定，可以区分沸腾传热区域和干涸后传热区域，为在不同的传热区域内选用不同的传热系数提供了前提，这在工程设计阶段具有非常重要的意义。同时，由于干涸点处的传热急剧恶化，会使壁温迅速上升，这会造成某些传热设备在干涸点附近发生慢烧毁现象，从而对传热设备的安全运行构成很大的威胁。因此，开展环形窄缝通道干涸点测定的实验研究，对于环形窄缝的工程应用和环形窄缝型传热设备的安全运行都具图1实验回路简图有非常重要的意义。Fig.1SchematicofTestLoop1——主泵；2——稳压器；3——蛇型预热器；4——流量计；5～9——U型预热器；10——压力传感器；11——实验2实

4、验回路与实验段段；12——实验段差压变送器；13——冷却器；14——一次侧进水系统；15——高点排气；16——稳压器进气系统；2.1实验回路P——压力表；T——温度测点本实验研究是在西安交通大学核能与热能工程系的高压热工水力实验回路上进行的。回路收稿日期：2002-08-09；修回日期：2003-03-05基金项目：本文得到了中国核动力研究设计院空泡物理与自然循环国家级重点实验室基金项目(98JS86.8.1JW0802)资助，也得到了西安交通大学动力工程多项流国家重点实验室建设经费资助吴鸽平等：双面加热环形窄缝通道内流动沸腾干涸点实验研究527的保温层外缠绕铠装加热丝，然后在加热丝外再包覆

5、保温层。通过直接通电的方式对实验工作段的内外管进行加热，可以分别达到内外管可变热流密度的加热条件。3实验数据的处理3.1前苏联的干涸点经验公式目前研究一般认为：在一定的工况范围内，当主流不再向微薄液膜沉降水滴，微薄液膜蒸发完时即产生干涸。干涸点的特征量是干涸含汽量XDO，即当流道内流体的含汽量达到临界含汽量时，就会产生干涸现象。根据以上理论，原苏联学者古塔杰拉奇(Кутателадзе)给出了一个计算直径为8mm的圆管内干涸点处含汽量的关系式-45wX=0.3+0.7e(1)DO图2实验工作段1Fig.2TestSectionoftheAssemblyGm¢ær¢ö3w=çç÷÷(2)sr¢

6、èr¢¢ø实验工作段外管的外壁温度用镍铬-镍硅热式中，ω为实验中计算的无量纲参量；G为质量电偶测量。沿实验工作段高度每隔25mm设置一-2-1流速，kg·m·s；m¢为实验压力下饱和水的个温度测点，在同一个高度的圆周截面上，每隔-2动力粘度，N·s·m；r¢为实验压力下饱和水90°点焊一副热电偶。-3的密度，kg·m；r¢为实验压力下饱和蒸汽的在稳定工况下，由传热条件，可以认为内管-3-1密度，kg·m；σ为表面张力，N·m。孔腔沿径向是绝热的，孔腔里沿高度的温度分布对于以上公式，当管径(d)不是8mm时，前也就是内管内壁温沿高度的温度分布。因此，实全苏热工研究院认为，对于管径d=4～15m

7、m可验段内管的内壁温度的测量，可以用事先做好的、按下式修正0.150.15其测点位置与外管热电偶相对应的φ0.5mm热电XDOd=XDO,8d8=常数(3)偶组成的组件插入内管的正确位置进行。3.2干涸点的确定为进一步提高实验段入口的焓值，在实验段根据干涸点处的传热机理，在干涸点处壁面入口处放置一加热铜块(一紫铜圆柱体)；在它的温度会急剧升高。通过分布于实验段内管和外管外围沿周向均分地开有10个孔，每个孔中放