逆载对管道内汽水两相流临界热流密度的影响.pdf

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1、2017年4月北京航空航天大学学报April2017第43卷第4期JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsV01．43No．4http：／／bhxb．buaa．edu．cnjbuaa@buaa．edu．CBDOI：10．13700／j．bh．1001—5965．2016．0331逆载对管道内汽水两相流临界热流密度的影响宋军辉，宋保银4，张钊，李冈(南京航空航天大学航空宇航学院，南京210016)摘要：利用旋转平台对逆载作用下矩形通道内汽水两相流临界换热进行了实验研究。通过改变逆载大小、入口流体过冷度、流体质量流速

2、等参数，获得了静止和逆载作用2种状态下矩形管道内汽水两相流临界换热实验数据。实验结果表明，质量流速随着加热时间的增长而减小，进出口压差则反之；临界状态下，质量流速随着逆载、过冷度的增大而减小；进出口压差随着逆载、质量流速的增大而增大，随着过冷度的增大而减小；临界热流密度值随着逆载、质量流速、入I=／过冷度的增大而增大；其中逆载对临界热流密度的影响最为显著，在逆载从Og～2．59变换范围内，临界热流密度可提高50％。关键词：矩形管道；两相流；临界热流密度；逆载；实验研究中图分类号：V216文献标识码：A文章编号：1001．5965(2017)04-0842-07在航空航天领域，随着

3、高热流密度微电子电气设备的发展，飞行器内部的环境控制和电子设备冷却等对各种零部件安装换热量和换热效率的要求越来越大，而两相流沸腾换热具有换热效率高和工作温度变化小等特性，两相流沸腾换热逐渐取代单相流换热，其临界热流密度是换热强弱的重要标志。近年来，国内外对微小矩形管道内的两相流沸腾换热进行了不少研究，并分析了各种因素对临界热流密度的影响。研究表明管道的结构及尺寸、流体介质、质量流速、入口过冷度、管道的加热方位及流体流动方式等¨‘12o都会对两相流临界热流密度值产生影响，例如：2013年，Konishi等¨o采用单侧面加热的矩形窄通道，对不同方位下的两相流临界热流密度进行了实验研究

4、，在小流速和低进口含气量的情况下，窄矩形通道的加热方位对临界热流密度有显著的影响。2000年，Tran等¨列对小管道内制冷剂流动沸腾的两相压降进行了实验研究，并考虑表面张力和管道尺寸对其影响，提出了小管道流动沸腾两相压降的新的相关公式。就飞行器而言，对管道内两相流临界热流密度的研究，不能局限于静止状态，在水平方向上非匀速运动时，管道内的流体会受到不同大小和方向过载的作用。因此，除了以上各种因素，研究者着重研究了过载‘14。1刊对临界热流密度的影响。例如：2001年，Ma和Cbung“1纠研究了微重力条件下临界热流密度的变化，微重力下的强迫对流换热能力得到增强。2010年，姚秋萍等

5、¨钊在旋转状态下，研究了动载对流体流动与传热的影响，过载方向与流动方向相反时，过载越大，管内压力和流阻越大，液相流量、空隙率和流体的热量越小。2015年，李冈等¨列对侧向动载下水平矩形通道内的水流动特性的影响进行了实验研究，得到流量、压降随动载的变化。本课题宋保银研究团队¨8。已对侧载和加热方位对矩形通道内临界热流密度的影响进行了研究。为了进一步研究逆载对临界热流密度的影收稿日期：2016-04-21；录用日期：2016-09—02；网络出版时间：2016-11-0911：18网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．2625．V．20161109．1

6、118．002．html基金项目：国家自然科学基金(50576035)$通讯作者：E—mail：bysong@nuaa．edu．cn}t用格式：宋军辉．宋保银，张铡，等．逆载对肇道内汽水两相流妪界热流密度的影响【J]．北京航空航天大学学报，2017．43(4)：842-848．SONGJH，SONGBY，ZHANGZ，eta1．Effectofinverseloadoncriticalheatfluxofsteam—watertwo-phaseflowinatube【

7、]．JournalofBe6ingUniversityofAeronauticsandAstronautics，

8、2017，43(4)：842—848(inChinese)．第4期宋军辉，等：逆载对管道内汽水两相流临界热流密度的影响843响，本文采用去离子水作为流动工质，对处于静止和逆载状态下的窄矩形通道内的汽水两相流临界热流密度进行了实验研究，主要考察临界状态下管道内压差和质量流速随逆载的变化以及逆载大小、质量流速和进口过冷度对临界热流密度的影响。1实验设备及研究方法实验系统简图如图1所示。在一个可旋转的平台上建立一个封闭的流体循环系统，加热系统、实验测试系统、数据采集系统。流体循环系统由