PDF《超蒸发表面结构应用于 ERVC 增强的初步实验研究》

匡波,男,副教授,博士. 通信作者:匡波,E-mail:bokuang@sjtu.edu.cn. 第?46?卷第?3?期应?用?科?技Vol.46?No.3 2019?年?5?月Applied??Science??and??Technology May?2019 底部壁温度超过 CHF 温度,而其余部分则仍维 持在稳定核态沸腾起始温度左右.这样,从整个 受热面看,在较高热负荷下,即便受热面局部温 度已较高,且短时局部发生 CHF,但受热面温度 平均起来仍不高,在一段时间内,超蒸发表面并 不出现整体上的传热恶化,也不会出现壁温飞升 或换热急剧降低现象.由此可望提高临界热通 量CHF [8?10] . 超蒸发效应是一种提高过冷沸腾传热及CHF 的机制,其过程机理主要与这样一系列连续 物理过程有关:由于热负荷高,受热面壁温较高, 表面相邻两肋间槽道内壁上可率先沸腾,而肋外 主流则处于过冷;

产生的蒸汽泡 (或汽块) 几乎充 满槽道后,进入主流迅速凝结,过冷的主流流体 则补充 冲 入肋间槽道,只要槽内壁面在充满蒸 汽期间还未达到 Lindenfrost 温度,则完全能被冲 入的过冷液体再润湿,然后重新沸腾.于是,这 种相邻肋间持续的沸腾―凝结即可提高换热及 CHF.此过程机理在本质上就是当肋间沸腾时, 加热壁热量由肋间槽内沸腾相变 吸走 ,再通过 肋外蒸汽传输与凝结过程传递给主流.显然,表 面超蒸发的有效性跟表面几何结构及流道系统内 热工水力参数密切相关. 一般来说,超蒸发表面的换热及 CHF 增强效 应较适用于冷却水过冷与低流速工况 [11] .在非 能动 IVR?ERVC 应用中,冷却水通过自然循环流 过热负荷较高的朝下受热曲面时,能否采用超 蒸发表面技术有效提高沸腾换热及临界热通量, 从而提高 ERVC 的裕量,仍需进行针对性的实验 探究. 本文对自然循环 ERVC 流道中加热曲面朝下 的沸腾工况,通过对比光滑与开槽的超蒸发壁面 换热特性的实验结果,结合可视化观察,初步研 讨开槽表面超蒸发技术应用于增强 ERVC 的可 行性. 2????实验装置和实验方法 2.1????实验回路与测试系统 为探究非能动 ERVC 中应用超蒸发表面增强 沸腾换热及临界热通量的可行性,本文模拟非能 动ERVC 条件,在如图

1 所示的自然循环回路上, 设置模拟原型的加热试验段及相应的流道;

此外,整个实验回路还包括上升段、冷凝段、下降段 等.加热段进口前还配有一循环泵旁路,供拓展 进行强制循环实验用,实验介质为去离子水. 1.试验段;

2.弧形流道;

3.上升段;

4.回路冷凝器;

5.排气口;

6.水位 计;

7.下降段;

8.预热器;

9.泵;

10.进/排水阀;

11.主阀;

12.流量计;

13.采集系统;

14.可视化系统 ? 图1????实验回路 ? 针对实际 RPV 下封头外壁与保温层间 ERVC 流道,实验回路在加热段区域采用一段弧形流 道,其中装设一段外径与原型 RPV 相当、张角为 7°的弧形厚加热铜块 (本体由加热棒间接加热,模拟RPV 壁的大热容换热边界);

本体径向中心线 与铅锤方向夹角为 θ,实验中改变本体在弧形流 道中位置,将其固定于θ处(模 拟RPV 不同位置),可进行弧形流道上相应各方位角 θ 处沸腾换 热特性实验;

从本体侧面进行深钻孔,直至加热 块对称面,在各温度测孔插入 ?1?mm 铠装热电 偶.本文加热本体有

2 种加热块,其一加热面未 开槽,表面粗糙度为 Ra6.3 量级,简称 光滑面 ;

另一本体则在弧形加热面上开槽,简称 开槽面 , 肋宽、肋深、肋间距均为 5?mm,其他均与前一本体相 同,参见图